CN1472803A - 冷却装置、电子设备和音响设备、及制造冷却装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有改善的冷却性能并能提供高灵活性的冷却装置，使用该冷却装置的电子设备和音响设备，以及用于制造该冷却装置的方法。所述冷却装置配置有能够冷却对象的蒸发器、以及能够向外释放蒸发器在冷却期间所吸收的热量的冷凝器。由碳氟树脂制成并且工作介质在其中流动的气相管道和液相管道设置和连接在蒸发器和冷凝器之间，从而循环所述工作介质。

Description

冷却装置、电子设备和音响设备、 及制造冷却装置的方法
技术领域
本发明涉及用于如下应用的冷却装置，比如冷却个人计算机的中央处理单元或冷却音响设备的放大器中所使用的功率晶体管，本发明还涉及使用该冷却装置的电子设备和音响设备、以及用于制造该冷却装置的方法。
背景技术
近些年来，中央处理单元(下文中若需要也称作“CPU”)的性能改善越来越显著。另一方面，CPU性能的显著改善也导致了CPU所产生热量的增加，并且大量的散热最终导致CPU发生错误的问题。
传统上使用风扇通过空气冷却来冷却CPU。但是，传统的空气冷却通常不能提供足够的冷却性能，并且具有高冷却性能的风扇比传统的风扇更易造成严重的噪声问题。
另外，也可以考虑通过循环冷却介质来冷却CPU。但是，通过该技术并不能获得满意的冷却性能。此外，冷却介质循环系统可能会增加设备结构的尺寸，从而不能将其小型化。
这些问题也可能出现于例如包括需要高功率的功率晶体管的音响设备、以及个人计算机中。
因此，本发明人提出了采用热管(heat pipe)作为冷却这些设备的部件的技术。
热管是一种在管的内壁上具有毛细结构的金属管，并且管的内部基本上是真空的，但包括少量的水或CFS的替代物。当热管的一端(蒸发单元)接触热源而被加热，则蒸发包括在热管中的液体，从而将热吸收为潜热(热蒸气)。然后，蒸气以高速(基本上为音速)传输到低温单元(冷凝单元)，并且蒸气冷却再次变为液体，由此散热(通过冷凝潜热来散热)。然后通过毛细结构(或者通过重力)将液体传回其初始位置，由此，热量可以在该系统中高效地连续传输。
但是，会产生以下问题。当前使用的热管大多数都很小，由此很难实现一个热管充分冷却较大的器件，如前面提到的消耗大量功率比如50到100W甚至更高的CPU和音响设备。
此外，另外一个问题是，由于常用的热管通常具有如下结构，即，液相/气相工作介质的传输通道与蒸发单元和冷凝单元结合在一起，所以当需要冷却特定对象时，或者当使用特定结构的外围器件时，不能高效地实现冷却和散热。
发明内容
基于上述情形提出本发明，并且本发明的目的是提供一种具有改善的冷却性能并能提供高灵活性地选择合适的器件配置的冷却装置，使用该冷却装置的电子设备和音响设备，以及用于制造该冷却装置的方法。
为了解决这些问题，根据本发明的一个方面，提供一种冷却装置，包括：冷却单元，能够通过蒸发带有来自一对象(object)的热量的工作介质来冷却该对象；冷凝单元，物理上与冷却单元相分离，能够冷凝在冷却单元中所蒸发的工作介质，以将冷凝的工作介质循环回冷却单元；第一管道，通过其冷凝的工作介质从冷凝单元流向冷却单元；以及第二管道，通过其蒸发的工作介质从冷却单元流向冷凝单元。
根据该结构可以实现高冷却效率，由于对象所产生的热量由冷却介质吸收，并且因所述热量所蒸发的蒸发介质通过管道循环回物理上与冷却单元相分离的冷凝单元，在此将热蒸气释放。此外，由于冷却单元与冷凝单元物理上相分离，可以实现选择器件配置的高灵活性。
根据本发明的一种结构，冷却单元可以包括：第一基板，配置有除了芯(wick)之外的凹槽(groove)；第二基板，由金属或者热传导性与金属相当的材料形成，并至少配置有芯；以及第三基板，具有与第二基板结合在一起的表面，其中第三基板的该表面与第一基板接合在一起。根据该结构，可以实现工作介质的有效蒸发，从而有效地冷却对象。
根据本发明的一种结构，第二基板可以由铜形成，并且在芯表面上形成一层氧化亚铜(copper I oxide)薄膜。
根据该结构，由于芯表面由氧化亚铜形成，改善了所述表面的亲水性，从而改善了毛细管作用。由此，提高蒸发的工作介质总量，从而改善冷却效率。此外，较好的亲水性改善了其耐蚀性能，并且由于改善的耐蚀性能防止了金属材料的腐蚀，因此作为考虑到金属部分的腐蚀而设置的部分，本发明的潜在腐蚀部分的厚度可以比传统的潜在腐蚀部分形成的薄。所以，可以实现小型化和较小的轮廓。而且，由于氧化亚铜表面具有抗菌作用，可以使工作介质经常保持清洁，从而防止工作介质变质。
根据本发明的一种结构，至少第一管道和第二管道中的一个可以由碳氟树脂形成。
由于碳氟树脂的柔韧性并可以被灵活地敲弯，所以可以实现冷却单元和冷凝单元的灵活配置。此外，由于碳氟树脂提供较高的气相/液相流动性能，并且由于树脂对蒸气/液体具有较高的抵抗性，从而可以实现工作介质的高效传输。
根据本发明的一种结构，单元和管道之间的接合点可以使用自粘合碳氟树脂涂覆，其中，所述单元从冷却单元和冷凝单元构成的组中选取，管道从第一管道和第二管道构成的组中选取。根据该结构，改善了接合点的密闭性。具体地说，当管道由碳氟树脂形成时，可以实现高密闭性，这是由于自粘合碳氟树脂的涂覆导致与碳氟树脂管道的聚合。
根据本发明的一种结构，至少管道与单元的接合点的一个表面可以用等离子体或活性离子腐蚀来处理，其中，所述管道从第一管道和第二管道构成的组中选取，单元从冷却单元和冷凝单元构成的组中选取。该结构提供改善的粘着性能和密闭性。至少管道与单元的所述接合点的一个表面可以用等离子体或活性离子腐蚀来处理，其中，所述管道从所述第一管道和第二管道构成的组中选取，并且所述单元从所述冷却单元和所述冷凝单元构成的组中选取。具体地说，使用氢等离子体的表面处理比采用碱金属离子的湿法腐蚀等具有成本低、高产出率和少排出毒废弃物的优点。
根据本发明的一种结构，可以在第一管道和第二管道的表面上形成金属薄膜。该结构提供密闭性改善的管道。具体地说，使用氢等离子体的碳氟树脂管道的金属薄膜表面的形成处理在管道和金属薄膜之间提供改善的粘着性能。优选地，金属薄膜包括Cu、Al、Ni、Ti、Au、Pt、Ag、Cr、Fe、Zn、Co、Si、Sn、In以及Pb中的至少一种。
形成金属薄膜的方法可以包括真空淀积、喷溅、无电电镀、电解电镀等。
根据本发明的一种结构，第一管道和第二管道可以包含从硅胶(silicone rubber)、聚亚安酯和聚丙烯构成的组中选择的至少一种。该结构提供改善的粘着性能并提供所喜好的选择用于最佳粘结，从而展现方便的接合。具体地说，硅胶优选地用在用于液相的管道中，由于硅具有更高的亲水性。因此，优选结构可以是，例如将硅用于第一管道，通过其冷凝的工作介质从冷凝单元流向冷却单元，并将具有高抗水性能的TEFLONR聚亚安酯或聚丙烯用于第二管道，通过其蒸发的工作介质从冷却单元流向冷凝单元。
根据本发明的一种结构，至少第一管道和第二管道的外和内表面的一个可以用碳氟树脂涂覆。例如，管道的外和内表面可以通过使用无电电镀涂覆碳氟树脂。根据该结构，可以改善管道的密闭性。
本发明的第二方面是一种电子设备，包括：中央处理单元；冷却单元，邻近中央处理单元设置，具有芯结构，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却该对象；冷凝单元，物理上与冷却单元相分离，能够冷凝在冷却单元中所蒸发的工作介质，以将冷凝的工作介质循环回冷却单元；第一管道，通过其冷凝的工作介质从冷凝单元流向冷却单元；以及第二管道，通过其蒸发的工作介质从冷却单元流向冷凝单元。
该结构具有小型化的特点和较小的轮廓，而且不会发生电子设备本身的错误操作，这是由于电子设备可以在板上配置具有高冷却性能和灵活的单元配置的冷却装置。
根据本发明的一种结构，冷却单元可以具有基本上与中央处理单元的区域相等的区域。
该结构可以高效冷却具有巨大容量的中央处理单元所产生的热量，从而有效地防止设备的误操作。
本发明的另一方面是一种具有插槽的电子设备，通过该插槽具有闪存和驱动器的卡存储器装置能够插入电子设备或从中移除，该电子设备包括：冷却单元，邻近插槽设置，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却该对象；冷凝单元，物理上与冷却单元相分离，能够冷凝在冷却单元中所蒸发的工作介质，以将冷凝的工作介质循环回冷却单元；第一管道，通过其冷凝的工作介质从冷凝单元流向冷却单元；以及第二管道，通过其蒸发的工作介质从冷却单元流向冷凝单元。
该结构不仅可以高效冷却上述的中央处理单元，而且可以高效冷却其它高功率的内置器件，并且可以提供灵活的单元配置，从而改善电子设备的性能。
根据本发明的一种结构，电子设备可以包括：工作单元，至少具有中央处理单元；冷却单元，邻近中央处理单元设置，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却该对象；显示单元，物理上与冷却单元相分离并包括冷凝单元，能够冷凝在冷却单元中所蒸发的工作介质；连接单元，能够可折迭地连接工作单元的一侧和显示单元的一侧；第一管道，通过连接单元设置在冷凝单元和冷却单元之间，其中冷凝的工作介质通过第一管道从冷凝单元流向冷却单元；以及第二管道，通过连接单元设置在冷凝单元和冷却单元之间，其中蒸发的工作介质通过第二管道从冷却单元流向冷凝单元。
该结构可以为具有可折迭形状的电子设备提供一种单元配置，其中冷却诸如中央处理单元的对象的冷却操作在工作单元中进行，而释放先前从所述对象中吸收的热量的操作在显示单元中进行，从而改善电子设备的冷却效率，并改善电子设备中单元配置的灵活性。
本发明的第三方面是一种具有功率晶体管的音响设备，包括：冷却单元，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述功率晶体管；冷凝单元，物理上与冷却单元相分离，能够冷凝在冷却单元中所蒸发的工作介质，将冷凝的工作介质循环回冷却单元；第一管道，通过其冷凝的工作介质从冷凝单元流向冷却单元；以及第二管道，通过其蒸发的工作介质从冷却单元流向冷凝单元。
根据本发明的这一方面，通过使用具有高冷却性能和高灵活性单元配置的冷却装置，可以实现前述的冷却操作，从而改善音响设备的性能并实现设备的小型化。此外，该结构能够消除冷却风扇所产生的噪声，并由此也可以改善音响设备的声音质量。
本发明的第四方面是一种制造冷却装置的方法，包括：制造冷却单元，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却该对象；制造冷凝单元，物理上与冷却单元相分离，能够冷凝在冷却单元中所蒸发的工作介质，并将冷凝的工作介质循环回冷却单元；在冷却单元和冷凝单元之间连接第一管道，其中冷凝的工作介质能够通过第一管道从冷凝单元流向冷却单元；以及在冷却单元和冷凝单元之间连接第二管道，其中蒸发的工作介质能够通过第二管道从冷却单元流向冷凝单元。
该配置能够确保高效地制造具有高冷却性能和高灵活性单元配置的前述冷却装置。
根据本发明的一种配置，制造冷却单元的步骤还可以包括在芯表面上形成氧化亚铜薄膜。这改善了芯表面的亲水性，从而能够制造具有改善了工作介质的流动性的芯。
根据本发明的一种配置，第一管道和第二管道可以由碳氟树脂形成。这使得可以通过具有柔韧性的管道连接冷却单元和冷凝单元，从而实现可以制造其中能够配置不同单元的冷却装置。
根据本发明的一种配置，该方法还可以包括：在至少一个单元和管道之间的接合点上形成自粘合碳氟树脂涂层，其中，所述单元从冷却单元和冷凝单元构成的组中选取，管道从第一管道和第二管道构成的组中选取。根据该配置，改善了接合点的密闭性。具体地说，当管道由碳氟树脂形成时，可以实现高密闭性，这是由于自粘合碳氟树脂的涂覆导致与碳氟树脂管道的聚合。
根据本发明的一种配置，该方法还可以包括：用氢等离子体处理碳氟树脂表面。该配置提供改善的粘着性能和密闭性。具体地说，使用氢等离子体的表面处理比采用碱金属离子的湿法腐蚀等具有成本低、高产出率和排出毒废弃物少的优点。
根据本发明的一种配置，该方法还可以包括：在至少一个第一管道和第二管道的表面上形成金属薄膜。该配置提供密闭性改善的管道。具体地说，使用氢等离子体的碳氟树脂管道的金属薄膜表面的形成处理在管道和金属薄膜之间提供改善的粘着性能。优选地，金属薄膜包括Cu、Al、Ni、Ti、Au、Pt、Ag、Cr、Fe、Zn、Co、Si、Sn、In以及Pb中的至少一种。
根据本发明的一种配置，第一管道和第二管道中至少一种可以包含从硅胶、聚亚安酯和聚丙烯构成的组中选择的至少一种材料。该配置提供改善的粘着性能并提供所喜好的选择用于最佳粘结，从而展现方便的接合。具体地说，硅胶优选地用在用于液相的管道中，由于硅具有更高的亲水性。因此，优选配置可以是，例如将硅用于第一管道，通过其冷凝的工作介质从冷凝单元流向冷却单元，并将具有高抗水性能的TEFLONR聚亚安酯或聚丙烯用于第二管道，通过其蒸发的工作介质从冷却单元流向冷凝单元。
根据本发明的一种配置，该方法还可以包括：在至少一个第一管道和第二管道的外和内表面上形成碳氟树脂涂层。例如，管道的外和内表面可以通过使用无电电镀涂覆碳氟树脂。根据该配置，可以改善管道的密闭性。
附图说明
图1是表示根据本发明的冷却装置的整个结构的示意图；
图2是表示根据本发明的冷却装置的结构的分解透视图；
图3是表示根据本发明的冷却装置的通道(channel)基板的平面图；
图4是表示根据本发明的冷却装置的对向(opposite)基板的平面图；
图5是表示根据本发明的冷却装置的芯基板结构的透视图；
图6是表示根据本发明的冷却装置的截面图；
图7是表示在根据本发明的冷却装置中工作介质流动的图；
图8是表示用于制造根据本发明的冷却装置的方法的流程图；
图9A至9E是表示用于形成根据本发明的冷却装置的基板的处理过程的图；
图10A至10D是表示用于形成根据本发明的冷却装置的基板的处理步骤的图；
图11是表示用于根据本发明的芯基板的膜处理的处理步骤的示意图；
图12A和12B是表示用于根据本发明的芯基板的膜处理情况的图；
图13是表示用于将气相管道和液相管道组装到根据本发明的冷却装置上的处理步骤的示意图；
图14是表示接合在根据本发明的冷却装置中使用的通道基板和对向基板的处理步骤的示意图；
图15是表示将根据本发明的冷却装置包含在其中的电子设备的示意透视图；
图16是表示将根据本发明的冷却装置包含在其中的音响设备的示意透视图；
图17是表示根据本发明的另一配置的冷却装置的结构的分解透视图；
图18是图17所示冷却装置的部分截面图；
图19是表示根据本发明的又一配置的冷却装置的结构的部分分解透视图；
图20是表示在碳氟树脂分子中用氢原子替代氟原子的原理；以及
图21是表示根据本发明的又一配置的冷却装置的管道结构的截面图。
具体实施方式
下面将描述本发明的优选实施例。
图1是表示根据本发明的一种构造的冷却装置的整个结构的示意图。图2是该冷却装置的结构的分解透视图。
如图1所示，冷却装置1包括：蒸发器2，能够冷却要被冷却的对象，比如个人计算机的中央处理单元等；以及冷凝器3，能够向外释放在冷却期间由蒸发器2所吸收的热量。气相管道4和液相管道5设置并连接在蒸发器2和冷凝器3之间，用于循环其中的工作介质(未示出)。
图3、4和5是表示组成冷却装置1的各个基板的图。图6是表示当附着上这些基板时的截面图。图7表示当附着上这些基板时其内部图。
如图2所示，蒸发器2包括工作介质在其中流动的通道基板21、对向基板22、以及用于蒸发工作介质的芯基板24。对向基板22上设置有开口23，用于安装芯基板24。
通道基板21是由碳氟树脂等形成的方形基板，并包括贮存器26、凹槽27、以及在其上形成的联结件28a。贮存器26是用于存储液体的部件，以便防止热管干枯。凹槽27是工作介质流动的通道。联结件28a是用于安装气相管道4和液相管道5的部件。
对向基板22是由碳氟树脂等形成的方形基板，并包括蒸发器开口23以及在其上形成的联结件28b。蒸发器开口23是用于安装蒸发器基板24的开口。联结件28b位于与上述的联结件28a相对的位置，并且使用诸如陷型模锁(swedge lock)(未示出)之类的连接部件与气相管道4和液相管道5连接在一起。
芯基板24由具有超强导热性能的金属形成，例如镍、铜等，在本实施例中使用铜。另外，凹槽25在表面24a上形成作为芯。
将氧离子注入凹槽25的表面，以便在其上形成氧化亚铜薄膜。
由此，通过向铜表面上注入氧来形成氧化亚铜表面，改善其亲水性。更具体地说，铜表面和水之间的接触角大约为60度，而当注入离子以形成氧化亚铜表面时，氧化亚铜表面和水的接触角减小为大约15度。由此，凹槽表面25的亲水性的改善导致芯的毛细作用增强，从而增加工作介质的蒸发量。
此外，由于氧化亚铜对于工作介质具有较强的抗蚀性，所以在本实施例中可以构造具有小轮廓的较小蒸发器。而在传统的方法中，考虑到腐蚀量，所以需要构造较厚的蒸发器。
这里，可以在氧化亚铜凹槽表面上形成额外的类钻碳(diamond-like carbon，DLC)薄膜，以便进一步改善抗蚀性能。
冷凝器3由冷凝器基板31和对向基板32构成。设置联结件35a用于安装气相管道4和液相管道5，如上面蒸发器2的联结件24a所述。
冷凝器基板31是由碳氟树脂等形成的方形基板，并且包括：气相通道34a，在蒸发器2中蒸发的工作介质在其中流动；凹槽33，用于冷凝工作介质；以及液相通道34b，通过其冷凝的工作介质流向蒸发器2。另外，联结件35a将气相管道4和液相管道5连接到冷凝器3。
对向基板32是由碳氟树脂等形成的方形基板，并且能够与冷凝器基板31结合在一起，以用作冷凝器。
气相管道4和液相管道5为碳氟树脂形成的管状。液相管道5为通过其在冷凝器3中冷凝的液态工作介质传送到蒸发器2的管道。气相管道4为通过其在蒸发器3中蒸发的气体传送到冷凝器2的管道。
蒸发器2通过将通道基板21和对向基板22结合在一起、并将芯基板24安装到在对向基板22上形成的开口23中来形成。冷凝器通过将凹槽基板31和对向基板32结合在一起来准备。如此形成的任一个蒸发器2和冷凝器3都充满工作介质，例如水，然后上述的气相管道4和液相管道5安装到联结件28和联结件35中，以形成冷却装置1。诸如聚酰亚胺树脂36的粘结剂用于安装和接合。
由于蒸发器2和冷凝器3通过柔韧的气相管道4和液相管道5连接，因而可以提供适用于要被冷却的对象的各种设置的灵活安排，从而高效地冷却对象。
下面将参照图7描述如此构造的冷却装置的冷却操作，为了便于描述，从液相管道5的描述开始。
由液相管道5传送的工作介质在芯基板24上被蒸发器2从对象中吸收的热量蒸发。蒸发的工作介质通过气相管道4流向气相通道34a，并且在通过凹槽33时释放热量，从而再次冷凝。然后液体通过液相通道34b和液相管道5流向蒸发器2。接着，工作介质再次被蒸发器从对象中吸收的热量蒸发，并再次流向冷凝器3。液体和气体的循环通过将热量从蒸发器2传送到冷凝器3而实现冷却。
这里，尽管上述的实施例使用碳氟树脂管作为气相管道和液相管道，但是其它材料比如硅胶、聚亚安酯、聚丙烯等也可以用作气相管道和液相管道的材料。
根据本发明人所进行的泄漏测试，当将硅胶、聚亚安酯、聚丙烯用作气相管道和液相管道的材料时，管道的密闭性不存在问题。这已经在管道泄漏测试中得到了证实。
用于进行管道泄漏测试的管道测试设备例如可以是通过馈通能够将各自的测试管道连接到真空室、并能够通过将空气或氦气充到管道中进行泄漏测量的设备。
管道泄漏测试结果表明聚亚安酯、聚丙烯、以及碳氟树脂可以产生低于检测限制的效果。尽管在高温时聚亚安酯不稳定，但是，聚亚安酯完全可以应用到在低温下(较低的热传输)工作的设备的管道中。
另外还发现硅树脂管道的泄漏在适于实际应用的范围之内，这取决于为满足所需热传输容量所作的设计。
当硅树脂、聚亚安酯、或聚丙烯用作管道的材料时，可以容易地形成联结件，这是由于合适的粘结剂可以用于这些树脂，而与使用碳氟树脂不同。
冷却装置的制造方法
下面将参照图8至14描述根据本发明的冷却装置的制造方法。
图8示出用于制造冷却装置1的制造步骤。
首先，当将冷却装置安装到例如笔记本个人计算机时，气相管道4和液相管道5通过考虑冷凝器3的安装尺寸、取决于CPU的蒸发器2的尺寸、以及蒸发器2和冷凝器3之间的距离来设计(步骤1)。这些可以通过使用例如模子来准备。
接着，分别形成用作热管的蒸发器2和冷凝器3的对向基板22和23、以及通道基板21和31的凹槽(步骤2)。例如，凹槽27在碳氟树脂形成的通道基板21的表面上形成，凹槽33和气相管道34a、以及气相管道34b在碳氟树脂形成的通道基板31的表面上形成。蒸发器开口25在碳氟树脂形成的对向基板22的表面上形成，并且形成对向基板19以便具有预定的形状。在这种情况下，蒸发器2的尺寸最好具有与要被冷却的对象的区域，例如CPU的区域基本上相同的区域。具有该尺寸可以通过一个蒸发器提供足够的冷却，甚至使用具有大热容量的装置。
通道基板21和31以及对向基板22和32通过例如TIEGA(Teflon Included Etching Galvanicforming，包括特氟纶的电腐蚀形成)方法来形成。TIEGA方法将根据图9A至9E具体描述。
如图9A所示，压花(patterned)金属掩模37布置在通道基板21和31以及对向基板22和32上。
接着，如图9B所示，通过同步加速器辐射处理其上的碳氟树脂，以便在通道基板21和31以及对向基板22和32上形成凹槽或开口。这里，同步加速器辐射是通过将电子或中子加速到接近光速、并且在磁场中弯曲其传输方向的电磁波。
然后，如图9C所示，移除金属掩模37以完成通道基板21和31以及对向基板22和32上的凹槽或开口的形成。
接着，如图9D所示，形成用于热加压的粘合层。在通道基板21和31以及对向基板22和32的凹槽或开口上形成抗蚀层39。进一步，通过FDVA(Filtered Cathodic Vacuum Arc，过滤阴极真空弧)法在碳氟树脂表面上形成注入层。尽管将铜层38用作注入层，但是也可以使用硅树脂。
接着，如图9E所示，剥离抗蚀层39以便形成粘合层，从而完成通道基板21和31以及对向基板22和32的形成。
尽管通道基板21和31以及对向基板22和32是通过同步加速器辐射形成的，这些基板也可以通过其它可行的方法形成，包括辐射诸如受激准分子激光等的激光束、用金属模子成型、以及活性离子腐蚀等。此外，铜层38也可以在使用受激准分子激光调整碳氟树脂的表面特性之后通过淀积或喷溅来形成。该方法可以实现高效的基板形成。
然后，形成芯基板24(步骤3)。接着，通过例如称作UV-LIGA的方法形成其上具有凹槽的蒸发器基板24。下面将根据图10A至10D描述UV-LIGA的细节。
如图10A所示，有机材料例如SU-8构成的抗蚀层42在薄板43上形成，并在其上形成压花抗蚀膜41。这里，基板指压花基板40。
接着，如图10B所示，从上面用UV光辐照压花基板40，以便腐蚀抗蚀层42。
然后，如图10C所示，从压花基板40上剥离抗蚀膜41，然后在剥离的表面上形成铜层44。
接着，如图10D所示，将铜层44从压花基板40上剥离。剥离的铜层44用作具有凹槽的芯基板24。
然后，通过基于等离子体的离子注入(简称为PBII)技术将氧离子注入如此获得的芯基板24的铜凹槽表面，以形成氧化亚铜(Cu2O)层。
图11示出利用PBII(基于等离子体的离子注入)技术的表面处理设备，用于芯基板24的凹槽25。图12A和12B是表示在使用图1 1所示的设备的处理中的脉冲电压的图。
如图11所示，芯基板24布置在真空设备124的中心部位，并且通过绝缘芥菜籽(insulating mustard seed)120连接到脉冲电压源121。真空设备124可以由真空泵123抽空，并且根据实际应用情况与脉冲同步地从离子源122提供各种离子，比如氧、氮、钛等。为本实施例的该设备提供氧离子。
PBII技术通过将高电压负脉冲施加到布置在真空设备124的中心部分的凹槽25的表面上，调整凹槽25的三维表面的功能，凹槽的表面通过等离子体离子处理。
从离子源122供应的氧离子在图12A和12B的条件下被脉冲离子化(pulse-ionized)，用于将它们注入不含氧的(oxygen-free)高电导率铜组成的凹槽25中。例如，在下述条件下将氧离子注入深20μm、距离100μm、宽40μm的凹槽中：注入时间约1分钟，温度35度，脉冲电流0.7A，从而将离子注入凹槽25的表面。通过该注入处理过程，凹槽25的表面从不含氧的铜变为氧化亚铜。未加处理的不含氧的铜表面的接触角通过使用水滴来测量，其角度为60度，而通过注入氧离子所改变的表面的接触角为15度。也就是说，证实了亲水性得到改善。由此，此变化改善了芯的毛细作用，从而实现较大的泵吸作用。
这里，蒸发器基板24也可以通过活性离子腐蚀来形成。
然后，将如此形成的蒸发器基板24安装到通过对向基板22形成的蒸发器开口23中，并借助于粘结剂或类似物接合(步骤4)。
如图13所示，对向基板22和32通过联结件28b和35b与气相管道4和液相管道5连接(步骤5)。
接着，如图14所示，将通道基板21和31结合到对向基板22和32上，组成蒸发器2、冷凝器3、气相管道4、以及液相管道5(步骤6)。
在步骤4到6的处理中，在真空条件(大约2660Pa)和大约350度的温度下，对基板加压和加热，以便通过用作粘合层的聚酰亚胺层36结合在一起，从而消除基板之间或者基板与气相线12或液相线13之间的间隙。
如上所述，冷却装置1可以根据上述方法高精度和可靠地制造。
这里，在该实施例中，尽管基板用碳氟树脂形成，但是也可以用其它材料，比如其它聚酰亚胺树脂、二甲基硅氧烷等，玻璃也可以用作基板。
电子设备
图15是包括根据本发明的冷却装置的笔记本个人计算机150的示意透视图。
个人计算机150包括：工作单元158，包含插槽151，用于向计算机插入和从中移除具有闪存153和驱动器152的记录介质154及中央处理单元(CPU)156；显示表面(surface)159a，用于显示图像；以及显示单元159，包括电路表面159b(未示出)，在其中形成用于处理信号的电路，并且这些单元和表面通过联结件157连接在一起以形成笔记本个人计算机。
这里，根据本发明的冷却装置1布置在邻近中央处理单元156处，以便具有与中央处理单元的区域基本上相等的区域的蒸发器2布置在邻近于中央处理单元的位置。另外，冷凝器3配置在显示单元159的背侧，在其中气相/液相工作介质流动的管道4和5通过联结件157连接在蒸发器2和冷凝器3之间，以便形成热管。
由此，冷却装置1适合于容纳基于内置器件结构的蒸发器2和冷凝器3的布置，因此其尺寸和轮廓可以减小，并可以实现高效冷却。冷却装置1也可以布置在个人计算机150中，以便蒸发器2位于例如通过上述显示单元159的显示插槽安装的记录介质154的驱动器152的下面。
音响设备
图16示出包括根据本发明的冷却装置的音响机的示意单元图。
音响机160包括：主单元161，用于播放其上记录了音乐的记录介质并控制音量和声音质量；以及一对扬声器162，连接到主单元161以便输出声音。主单元161包括用于控制音量和声音质量的放大器163，其中安装有功率晶体管164。
这里，冷却装置1的蒸发器2布置的靠近功率晶体管164，并通过管道4和5连接到布置在预定位置处的冷凝器3。由于管道4和5柔韧并能够弯曲，所以冷凝器3适合于布置在小空间中，从而高效地释放功率晶体管所产生的热量。在音响机160的主单元161中，蒸发器2能够高效地冷却功率晶体管164，并且从中获得的热量也可以由冷凝器3高效地释放。
冷却装置的其它实施例
图17示出根据本发明的另一实施例的冷却装置的分解透视图。图18是该冷却装置的部分截面图。在这些图中，与图1至7中相同的参考标号表示相同的部件。
如这些图中所示，蒸发器202的对向基板222包括：开口251a，通向气相通道234a的凹槽227；以及开口252a，通向气相通道234b的凹槽227。类似地，冷凝器203的对向基板232包括：开口253a，通向气相通道234a的凹槽233；以及开口254a，通向液相通道234b的凹槽233。
开口251a至254a通过255环氧树脂层255分别连接到例如用SUS或Cu制造的管道适配件251b至254b。管道适配件251b的联结件251c(管道突出边沿的一部分)通过碳氟树脂制成的管道204连接到管道适配件253b的联结件253c。另外，管道适配件252b的联结件252c通过碳氟树脂制成的管道205连接到管道适配件254b的联结件254c。
联结件251c和管道204之间的接合点用自粘合碳氟树脂制成的管道251d涂覆。类似地，联结件253c和管道204之间的接合点用自粘合碳氟树脂制成的管道253d涂覆，联结件252c和管道205之间的接合点用自粘合碳氟树脂制成的管道252d涂覆，以及联结件254c和管道205之间的接合点用自粘合碳氟树脂制成的管道254d涂覆。在接合点处，这些管道251d至254d可以通过淀积另一直径比例如管道204和205的直径大的管道来覆盖，然后加热这些管道。
因此，通过使用自粘合碳氟树脂制成的管道251d至254d涂覆联结件251c至254c和管道204和205，可以改善联结件251c至254c和管道204和205之间的接合点的密闭性。具体地，使用自粘合碳氟树脂制成的管道251d至254d与管道204和205导致其间的聚合反应，从而提供相当的高密闭性。
管道的其它实例
图19是表示根据本发明的又一实施例的冷却装置的结构的部分分解透视图。
除了碳氟树脂管道4和5与至少联结件28a、28b、35a和35b之间的接触点301使用氢等离子体处理之外，该实施例的冷却装置的结构几乎与图1至7所示的冷却装置的结构完全相同。
使用氢等离子体处理是指用氢等离子体、氢离子或包含氢的气源进行的等离子体处理或活性离子腐蚀处理。该处理的一个例子是将氢用作一般的等离子体生成器的气源、并将所生成的等离子体辐照到管道4和5的表面上，以便直接激励和消除氟原子并用氢替代。
等离子体最好在下面的条件下生成：RF频率，13.56MHz；RF功率，100W；气体类型和流速，H2、1-20sccm，最好3-10sccm；真空度，1×10-4至1×10-1Pa，最好1×10-3至1×10-2Pa。
这里，除了本实施例的H2之外，所用气体还可以包括H2、CHF3、SiH2等。
如TEFLONR的碳氟树脂的粘性消失的原因是由于氟原子替代了分子链中的碳原子，如图20所示。在该实施例中，为了改善粘性，用氢原子替代氟原子。该反应对于将碳氟树脂制成的管道4和5连接到联结件28a、28b、35a和35b非常有用，而不用使用诸如用于连接的管道适配件的机械结构，如图17所示。
与借助于湿法腐蚀等通过使碳氟树脂与碱金属离子(一般为Na)反应来用氢原子替代氟原子的另一技术相比，根据本发明的使用氢等离子体的处理具有成本低、高产出率、以及低废物排出的优点。这里，使用氢等离子体的处理可以应用到由碳氟树脂制成的部件的所有范围以及管道上。
如图21所示，用碳氟树脂制成的管道体311的表面可以用上述的氢等离子体处理，以便形成等离子体处理的表面312，接着，可以在处理的表面上形成包括Cu、Al、Ni、Ti、Au、Pt、Ag、Cr、Fe、Zn、Co、Si、Sn、In以及Pb等的金属薄膜。金属薄膜313可以通过诸如真空淀积、喷溅、无电电镀、电解电镀等方法来形成。
金属薄膜的厚度可以是0.01μm至500μm，最好是1μm至200μm。形成厚度小于1μm的薄膜可能导致阻挡能力的减弱，而另一方面，借助于例如真空淀积或无电电镀形成厚度为200μm或更厚的薄膜将导致高成本，并且可能需要特殊的技术。因此，形成金属薄膜313能够改善管道的密闭性。
这里，如果管道用如上所述的硅树脂、聚亚安酯、或聚丙烯制成时，则可以通过类似地在其上形成金属薄膜来改善其密闭性。在这种情况下，与碳氟树脂的情况一样，使用氢等离子体的处理能够提供具有较好粘性的金属薄膜。
另外，通过无电电镀将碳氟树脂涂层应用到本发明的管道的内表面和外表面，可以改善密闭性。碳氟树脂涂层的厚度可以是0.01μm至500μm，最好是1μm至200μm。形成厚度小于1μm的薄膜可能导致阻挡能力的减弱，而另一方面，借助于例如真空淀积或无电电镀形成厚度为200μm或更厚的薄膜将导致高成本，并且可能需要特殊的技术。
如上所述，本发明提供一种能够高灵活性地选择适合配置的冷却装置，以实现小型化和小轮廓，并具有改善的冷却性能。本发明还提供一种使用该冷却装置的电子设备和音响设备、以及制造该冷却装置的方法。

Claims (25)

1.一种冷却装置，包括：
冷却单元，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述对象；
冷凝单元，物理上与所述冷却单元相分离，能够冷凝在所述冷却单元中所蒸发的工作介质，并将冷凝的工作介质循环回所述冷却单元；
第一管道，通过其冷凝的工作介质从所述冷凝单元流向所述冷却单元；以及
第二管道，通过其蒸发的工作介质从所述冷却单元流向所述冷凝单元。
2.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述冷却单元包括：
第一基板，配置有除了芯之外的凹槽；
第二基板，由金属或者热传导性与金属相当的材料形成，并至少配置有芯；以及
第三基板，具有与所述第二基板结合在一起的表面，其中所述第三基板的所述表面与所述第一基板接合在一起。
3.如权利要求2所述的冷却装置，其中所述第二基板由铜形成，并且其中在所述芯的表面上形成一层氧化亚铜薄膜。
4.如权利要求1所述的冷却装置，其中至少所述第一管道和所述第二管道中的一个由碳氟树脂形成。
5.如权利要求4所述的冷却装置，其中至少一个单元和管道之间的接合点使用自粘合碳氟树脂涂覆，其中，所述单元从所述冷却单元和所述冷凝单元构成的组中选取，并且其中所述管道从所述第一管道和所述第二管道构成的组中选取。
6.如权利要求5所述的冷却装置，其中管道与单元的所述接合点的至少一个表面用等离子体或活性离子腐蚀来处理，其中，所述管道从所述第一管道和第二管道构成的组中选取，并且其中所述单元从所述冷却单元和所述冷凝单元构成的组中选取。
7.如权利要求6所述的冷却装置，其中管道与单元的所述接合点的至少一个表面用等离子体或活性离子腐蚀来处理，其中，所述管道从所述第一管道和第二管道构成的组中选取，并且其中所述单元从所述冷却单元和所述冷凝单元构成的组中选取。
8.如权利要求1所述的冷却装置，其中在所述第一管道和所述第二管道的至少一个表面上形成金属薄膜。
9.如权利要求8所述的冷却装置，其中所述金属薄膜包括从Cu、Al、Ni、Ti、Au、Pt、Ag、Cr、Fe、Zn、Co、Si、Sn、In以及Pb中选择的至少一种。
10.如权利要求1所述的冷却装置，其中所述第一管道和所述第二管道的至少一个包含从硅胶、聚亚安酯和聚丙烯构成的组中选择的至少一种材料。
11.如权利要求10所述的冷却装置，其中至少一个所述第一管道和所述第二管道的外和内表面用碳氟树脂涂覆。
12.一种电子设备，包括：
中央处理单元；
冷却单元，邻近所述中央处理单元设置，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述对象；
冷凝单元，物理上与所述冷却单元相分离，能够冷凝在所述冷却单元中所蒸发的工作介质，并将冷凝的工作介质循环回所述冷却单元；
第一管道，通过其冷凝的工作介质从所述冷凝单元流向所述冷却单元；以及
第二管道，通过其蒸发的工作介质从所述冷却单元流向所述冷凝单元。
13.如权利要求12所述的电子设备，其中所述冷却单元具有基本上与所述中央处理单元的区域相等的区域。
14.一种电子设备，具有插槽，通过该插槽具有闪存和驱动器的卡存储器装置能够插入电子设备或从中移除，所述电子设备包括：
冷却单元，邻近所述插槽设置，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述对象；
冷凝单元，物理上与所述冷却单元相分离，能够冷凝在所述冷却单元中所蒸发的工作介质，并将冷凝的工作介质循环回所述冷却单元；
第一管道，通过其冷凝的工作介质从所述冷凝单元流向所述冷却单元；以及
第二管道，通过其蒸发的工作介质从所述冷却单元流向所述冷凝单元。
15.一种电子设备，包括：
工作单元，至少具有中央处理单元；
冷却单元，邻近所述中央处理单元设置，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述对象；
显示单元，物理上与所述冷却单元相分离并包括冷凝单元，能够冷凝在所述冷却单元中所蒸发的工作介质；
连接单元，能够可折迭地连接所述工作单元的一侧和所述显示单元的一侧；
第一管道，通过所述连接单元设置在所述冷凝单元和所述冷却单元之间，其中冷凝的工作介质通过所述第一管道从所述冷凝单元流向所述冷却单元；以及
第二管道，通过所述连接单元设置在所述冷凝单元和所述冷却单元之间，其中蒸发的工作介质通过所述第二管道从所述冷却单元流向所述冷凝单元。
16.一种具有功率晶体管的音响设备，包括：
冷却单元，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述功率晶体管；
冷凝单元，物理上与所述冷却单元相分离，能够冷凝在所述冷却单元中所蒸发的工作介质，并将冷凝的工作介质循环回所述冷却单元；
第一管道，通过其冷凝的工作介质从所述冷凝单元流向所述冷却单元；以及
第二管道，通过其蒸发的工作介质从所述冷却单元流向所述冷凝单元。
17.一种制造冷却装置的方法，包括：
制造冷却单元，能够通过蒸发带有来自一对象的热量的工作介质来冷却所述对象；
制造冷凝单元，物理上与所述冷却单元相分离，能够冷凝在所述冷却单元中所蒸发的工作介质，并将冷凝的工作介质循环回所述冷却单元；
在所述冷却单元和所述冷凝单元之间连接第一管道，其中冷凝的工作介质能够通过所述第一管道从所述冷凝单元流向所述冷却单元；以及
在所述冷却单元和所述冷凝单元之间连接第二管道，其中蒸发的工作介质能够通过所述第二管道从所述冷却单元流向所述冷凝单元。
18.如权利要求17所述的方法，还包括在配置于所述冷却单元上的芯表面上形成氧化亚铜薄膜。
19.如权利要求17所述的方法，其中至少一个所述第一管道和所述第二管道由碳氟树脂形成。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：在至少一个单元和管道之间的接合点上形成自粘合碳氟树脂涂层，其中，所述单元从所述冷却单元和所述冷凝单元构成的组中选取，所述管道从所述第一管道和所述第二管道构成的组中选取。
21.如权利要求19所述的方法，还包括：用氢等离子体处理所述碳氟树脂表面。
22.如权利要求17所述的方法，还包括：在至少一个所述第一管道和所述第二管道的表面上形成金属薄膜。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述金属薄膜包括从Cu、Al、Ni、Ti、Au、Pt、Ag、Cr、Fe、Zn、Co、Si、Sn、In以及Pd构成的组中选择的至少一种。
24.如权利要求17所述的方法，其中所述第一管道和所述第二管道中至少一个包含从硅胶、聚亚安酯和聚丙烯构成的组中选择的至少一种材料。
25.如权利要求24所述的方法，还包括：在至少一个所述第一管道和所述第二管道的外和内表面上形成碳氟树脂涂层。
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