CN1784137A - 具有金属网微结构的可绕曲式均热板及其制法 - Google Patents

Abstract

一种均热板及其制造方法，其包含以下步骤：(1)提供一金属片状的上盖及下盖；(2)将金属网以扩散接合的方式分别附着于该上盖及该下盖的内表面以形成毛细结构；(3)将加强件夹置于该与金属网结合的上盖、该与金属网结合的下盖之间；(4)以扩散接合的方式将该上、下盖及加强件结合在一起，使得该上盖与该下盖的内表面界定一腔室，且该加强件连结于该上、下盖的内表面间；(5)将该腔室抽真空；(6)将一工作流体填充至该已抽真空的腔室内；及(7)密封该腔室。本发明的均热板的制造方法，制造费用较低、容易形成均热板的毛细结构，且在制造时不会使其壳体受热变形。本发明的均热板，在使用时易于绕曲且不易因吸热而变形。

Description

具有金属网微结构的可绕曲式均热板及其制法

【技术领域】

本发明涉及一种均热板及其制法，特别是关于一具有金属网(例如铜网)微结构的可绕曲式均热板及其制法。

【背景技术】

在现今的各种电子设备(如个人电脑、通讯设备、TFT-LCD等)中采用了许多在操作时会发热的电子装置，尤其在日渐要求高速运算的情况下，这些电子装置不可避免会产生比已往的装置更多的热。因此，如何防止电子装置过热使效能下降在今天更显得重要，各种电子装置的冷却装置与方法也因应而生。

例如，业界曾提出一种在铜片上附加热管的冷却器。但此种管状热管因无法单独使用，因此又发展出另一种可单独使用的平板型热管。此种平板型热管又称为均热板，因其可单独使用且散热效果亦佳，故现已被大量应用于业界。

均热板一般是由铜片构成一密闭中空壳体，其中空部分被抽成真空并填入工作流体，壳体内壁则附有毛细结构。因在真空状况下，工作流体只要由壳体的吸热侧吸收外来的热即会急速汽化，而此热经由壳体的散热侧排出后，汽化的工作流体即冷凝回复至流体状态，再经由毛细结构将其导回吸热侧以反复进行此吸-排热循环。

传统上，可藉例如由微沟槽加工或铜粉烧结来形成均热板的毛细结构。然而欲在铜片上加工毛细等级的微沟槽并非易事，而以铜粉烧结的方式虽然较易形成毛细结构，但制程上却较难以控制最后的烧结品质，因而产品的不良率及制造费用可能较高。此外，若在需要弯曲均热板壳体以顺应欲被散热装置的外形的场合，以铜粉烧结形成的毛细结构会因弯曲而较易受到破坏。

又，习知均热板是以例如焊接或熔接的方式将二半片壳体密封成密闭壳体，因而易造成壳体在制造时即受热变形；而且，习知的均热板结构，例如在中国台湾新型专利公告第577538号中所揭露的一种具可支撑的板式热管结构，其是以熔接方式在壳体内固定支撑体，但此种方式仅可熔接支撑体之一端(另一端在壳体形成后将无法熔接)，且亦使壳体在加工中容易受热变形。

【发明内容】

针对以上缺失，本发明提出一种均热板的制造方法，制造费用较低、容易形成均热板的毛细结构，且在制造时不会使其壳体受热变形，本发明又提出一种在使用时易于绕曲且不易因吸热而变形的均热板。

本发明的一种均热板的制造方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)提供一金属片状的上盖及下盖，其各具有内表面；

(2)将金属网以扩散接合的方式分别附着于该上盖及该下盖的内表面以形成毛细结构；

(3)将加强件夹置于该与金属网结合的上盖内表面、该与金属网结合的下盖的内表面之间；

(4)以扩散接合的方式将该上、下盖及加强件结合在一起，使得该上盖与该下盖的内表面界定一腔室，且该加强件连结于该上、下盖的内表面间；

(5)将该腔室抽真空；

(6)将一工作流体填充至该已抽真空的腔室内；及

(7)密封该已充填工作流体的腔室。

根据本发明的均热板，其包含：一中空金属壳体，其包含沿着周边而结合在一起的上盖及下盖，该金属壳体有内部表面以界定一腔室；

一毛细结构，其包含结合于该金属壳体的内部表面的金属网；

一加强装置，其位于该腔室内且结合于该金属壳体的内部表面间；及

一工作流体，其是充填于该腔室之中；

该金属网与该金属壳体的内部表面间的接合面，该上盖与该下盖间的结合面，及该加强装置与该金属壳体内部间的所有接合面皆为扩散接合面。这些扩散接合界面的结构等同被结合材料的结构，故其机械性质不因接合而改变，因而特别利于均热板的制造及绕曲使用。

依据本发明的较佳实施例，构成金属壳体及加强装置的材料可为铜或铝，且加强件的外观可为短柱状或长条状，金属网则可采用铜网。

本发明的均热板的制造方法，制造费用较低、容易形成均热板的毛细结构，且在制造时不会使其壳体受热变形。本发明的均热板，在使用时易于绕曲且不易因吸热而变形。

【附图说明】

图1为依据本发明的均热板外观立体图。

图2为图1沿II-II剖面的本发明第一实施例剖面图。

图3为图2的均热板的立体分解图。

图4为本发明的均热板第二实施例剖面图。

图5为图4的均热板的立体分解图。

图6A显示本发明使用治具以结合上盖及铜网的方式。

图6B显示本发明使用治具以结合下盖及铜网的方式。

图7显示本发明使用治具以完成图2的均热板的整体结构的结合。

图8显示本发明对铜质上、下盖、铜网及铜柱或铜条实施扩散接合的温度、压力及作用时间的关是。

图9为根据图8的数值列表。

图10显示本发明对铝质上、下盖及铜网实施扩散接合的温度、压力及作用时间的关是。

图11为根据图10的数值列表。

图12显示本发明对铝质上、下盖及铝柱或铝条实施扩散接合的温度、压力及作用时间的关是。

图13为根据图12的数值列表。

【具体实施方式】

图1显示依据本发明的均热板10外观。均热板10包含上盖12、下盖14及充填管16。它们的材质通常为铜，但亦可使用其它散热性佳的金属(例如铝为材料。

图2及图3显示本发明均热板10的结构的第一实施例。上盖12具有边缘12a，边缘12a以内的部分略呈凸起，边缘12a与下盖14的边缘14b在此处扩散接合以形成一中空壳体，构成一真空密闭的腔室13，以供填充适量工作流体(例如纯水，图未示)于其中。用来注入工作流体到腔室13内的充填管16之一端与腔室13连通，另一端封闭。

依据本发明之一特点，将铜网18附着于均热板壳体内部的表面，以形成毛细结构。又，铜网上形成一些开口18a，以便让铜柱20的两端穿过铜网18上的开口18a而与上盖12与下盖14分别扩散接合。这些铜柱20构成均热板的壳体加强结构，以避免壳体在吸热时受工作流体的汽化压力而变形。

铜网18的外形尺寸较上盖12、下盖14内表面略小以使上盖12、下盖14接合处没有铜网。此铜网18可藉由裁剪或冲压例如市贩200网目的微细铜网而形成。开口18a并非绝对需要设置者，但在此实施例中以设置较佳，以利后续预组立铜柱20时可提供定位作用且使结构强度更强。此多个开口18a亦可在冲压铜网18时同时冲出，以在各片铜网上冲出布局完全相同的开口。在此实施例中显示有两片铜网18，但实际上不限于两片，可以多片叠合使用。

图4及图5显示本发明第二实施例的均热板10′。此与第一实施例最大的不同点在于以铜条20a取代了铜柱20作为加强结构。图中显示铜网18不具有开口，但其亦可设置配合铜条20a形状的开口(图未示)。

铜条20a大体上为长条状，但为使铜条20a可更稳定放置而利于后续固定，可使铜条20a形成数个分开的扩大部21以加大放置面积。藉此，在预组立时，铜条20a不易倾倒。一般单独使用铜条或铜柱，但若有需要，二者亦可组合使用。

上述铜柱或铜条可藉由烧结铜粉来形成，其优点为烧结自然产生的细孔可作为毛细结构。另，亦可考虑以铜网包覆非烧结形成的铜柱或铜条以在其上形成毛细结构(图未示)。

本发明之一显著优点在于，以铜网结构取代铜粉末烧结微结构，不仅制作容易、可降低成本，而且非常有利于在需将均热板(10，10′)绕曲(意指″环绕弯曲″)以顺应欲被散热装置(发热源)的外形或配合其他情况使用的场合，而不破坏该微结构。不过，以图2及图3显示的内部结构而言，为避免降低铜柱20的固定结构的完整性，绕曲处以避开铜柱20的设置位置为佳。因此，可配合发热源的外形，事先安排铜柱20的设置处以避开待绕曲处。然而，图4及图5显示的加强结构则不受上述限制，因铜条20a的长条状造形允许均热板几乎可在任意位置绕曲而不会破坏或伤害其固定结构。

以下详细说明上述第一实施例均热板10的制造方法。

步骤一：形成上盖及下盖。

可由一铜板原料加工形成上盖12及下盖14。在此可采用习知加工方法，例如冲压、锻造或机械加工等，但基于成本考量，以采用冲压方式为佳。在图2中，可见到上盖12的边缘12a以内的部分是被冲压而形成凸起，下盖14则为平板状(但亦可形成与上盖12相同者)。上盖12及下盖14亦分别冲出一突出部12b及14a(参图3)。冲压完成的后清洗上、下盖，以除去杂屑。

步骤二：将金属网固定于上盖及下盖(扩散接合1)。

参图6A及6B，先将一片铜网18置于一接合治具30(例如工具钢治具)上，上盖12再覆于铜网18上；另一片铜网18置于另一接合治具32上，下盖14再覆于铜网18上。随后将上述图6A及6B所形成的组合置入真空热压炉中，以分别对上盖、下盖与铜网进行扩散接合。

扩散接合(diffusion bonding)是一元件或材料间的接合方式，即藉由适当控制加热温度、施加压力与作用时间等接合参数，而将元件或材料在低于其熔点以下的温度相接合。针对铜材的扩散接合而言，一般温度及压力可分别设定于例如450℃至900℃间及2MPa至20MPa间，并保持此温度30分钟以上(较佳为在3小时以内)。

本发明方法所用的扩散接合的温度、压力及作用时间的关是显示于图8及图9。其中，主要是约于700℃的温度及约2.0MPa的压力作用下进行扩散接合，并保持该温度约80分钟(在横轴的第80分钟与第160分钟内的期间)。

至此，此二片铜网分别附着固定于上盖及下盖的内表面上，且其中上盖12与铜网18的接合面a及下盖14与铜网18的接合面b皆为扩散接合面。

步骤三：已附着铜网的上盖与下盖和加强用铜柱的结合(扩散接合2)。

参图7，将已与铜网18结合的上盖12与下盖14及铜柱20预组合，亦即使上盖12及下盖14对齐且铜柱20支撑于上盖12及下盖14之间(铜柱20的两端套入开口18a中以防倾倒)；将此预组合置于接合治具34中后，放在真空热压炉中进行扩散接合程序，其扩散接合压力、温度相同于前述步骤二所述者。

至此，最终形成的上盖12与下盖14间的接合面c、上盖12与铜柱20间的接合面d、e、f及下盖14与铜柱20间的接合面g、h、i皆为扩散接合面。

步骤四：焊接充填管。

在上盖12及下盖14的突出部12b及14a所形成的开口上焊接铜管16(参图1)。

步骤五：测压、测漏及抽真空。

经铜管16对均热板10充填测试气体(例如氮气)，以检测结构的耐压性及气密性，若皆合乎要求则将均热板10内部抽成真空(介于10^-3至10^-7托里(torr)之间)。

步骤六：充填工作流体。

将适量工作流体(例如纯水)经铜管16充填至均热板10的腔室13中。此外，亦可采用如甲醇或冷媒等其他流体作为工作流体。

步骤七：封合填充管。

将铜管16的开口端密封(例如焊接)。

在上述实施例中，均热板的上盖、下盖及加强装置及毛细结构皆采用铜作为材料。以下将说明本发明的另一实施例，其上盖、下盖及加强装置改采铝作为材料，但仍然搭配铜网毛细结构以形成均热板。在此，除因采用不同材料而使用不同的扩散接合参数外，其余均热板结构、制造步骤及发明功效等的说明均可参照上述实施例。因此，现仅针对其扩散接合参数进一步说明如下。

此实施例中的第一次扩散接合是针对铝质上、下盖与铜网的结合，一般其温度及压力可分别设定于例如300℃至600℃间及0.6MPa至1.0MPa间，并持温约30分钟至约4小时。较佳的扩散接合温度、压力及作用时间的关是显示于图10及图11，其主要于约450℃的温度及约0.6MPa的压力作用下进行，并持温约80分钟。

此实施例中的第二次扩散接合是针对铝质上、下盖与铝柱或铝条的结合，较佳的扩散接合温度、压力及作用时间的关是显示于图12及图13，其主要于约550℃的温度及约0.6MPa的压力作用下进行，并持温约80分钟。

经由上述两个实施例所揭露的步骤，无论采用铜材或铝材，均可制得具有上述扩散接合面a至i的均热板。因此本发明的另一优点是，因扩散接合面并不包含外来接合介面(如焊料等介面)，故其可保有铜或铝各自的单一材料特性，因而减低热应力且亦利于对均热板予以绕曲的应用。

本发明的各个实施例已显示及描述如上，但其并非用以限制本案的申请专利范围。明显地，熟悉此项技术的人士在不悖离本发明且依本发明最广观点的情况下所作的任何改变或修改，均应视为仍落于本案保护范围之中。

Claims (30)

1.一种均热板的制造方法，其特征在于：包含以下步骤：

(1)提供一金属片状的上盖及下盖，其各具有内表面；

(2)将金属网以扩散接合的方式分别附着于该上盖及该下盖的内表面以形成毛细结构；

(3)将加强件夹置于该与金属网结合的上盖内表面、该与金属网结合的下盖的内表面之间；

(4)以扩散接合的方式将该上、下盖及加强件结合在一起，使得该上盖与该下盖的内表面界定一腔室，且该加强件连结于该上、下盖的内表面间；

(5)将该腔室抽真空；

(6)将一工作流体填充至该已抽真空的腔室内；及

(7)密封该已充填工作流体的腔室。

2.如权利要求1所述的均热板的制造方法，其特征在于：该上盖及该下盖是以冲压、锻造或机械加工制成。

3.如权利要求1所述的均热板的制造方法，其特征在于：该上盖或该下盖至少其中之一在其边缘以内的部分是呈突起状。

4.如权利要求1所述的均热板的制造方法，其特征在于：该上盖及下盖，及该金属网的材料皆为铜。

5.如权利要求4所述的均热板的制造方法，其特征在于：该加强件是包含多个铜柱或铜条或二者的组合。

6.如权利要求5所述的均热板的制造方法，其特征在于：该加强件为多个铜条，且该铜条进一步包含多个分开的扩大部。

7.如权利要求1所述的均热板的制造方法，其特征在于：该上盖及下盖的材料为铝，该金属网的材料为铜。

8.如权利要求7所述的均热板的制造方法，其特征在于：该加强件含多个铝柱或铝条或二者的组合。

9.如权利要求8所述的均热板的制造方法，其特征在于：该加强件为多个铝条，且该铝条进一步包含多个分开的扩大部。

10.如权利要求1所述的均热板的制造方法，其特征在于：该加强件是连结于该上盖侧金属网与该下盖侧金属网之间。

11.如权利要求1所述的均热板的制造方法，其特征在于：该金属网具有多个开口，且该加强件是穿过该些开口而连结该上盖与该下盖的内表面。

12.如权利要求4至6中任一项所述的均热板的制造方法，其特征在于：该扩散接合步骤的温度及压力是分别设定于450℃至900℃间及2MPa至20MPa间，并持温30分钟至3小时。

13.如权利要求12所述的均热板的制造方法，其特征在于：该扩散接合步骤的温度及压力是分别设定于700℃及2.0MPa，并持温80分钟。

14.如权利要求7至9中任一项所述的均热板的制造方法，其特征在于：该铝质上、下盖与铜网间的扩散接合温度及压力是分别设定于300℃至600℃间及0.6MPa至1.0MPa间，并持温30分钟至4小时。

15.如权利要求14所述的均热板的制造方法，其特征在于：该铝质上、下盖与铜网间的扩散接合温度及压力是分别设定于450℃及0.6MPa，并持温80分钟。

16.如权利要求14所述的均热板的制造方法，其特征在于：该铝质上、下盖与铝柱或铝条间的扩散接合温度及压力是分别设定于550℃及0.6MPa，并持温80分钟。

17.如权利要求1至11中任一项所述的均热板的制造方法，其特征在于：进一步包含在该已结合的上、下盖间焊接一与该腔室连通的工作流体充填管的步骤，其是在该抽真空步骤之前实施。

18.如权利要求1至11中任一项所述的均热板的制造方法，其特征在于：该均热板是为可绕曲。

19.一种均热板，包含：

一中空金属壳体，其包含沿着周边而结合在一起的上盖及下盖，该金属壳体有内部表面以界定一腔室；

一毛细结构，其包含结合于该金属壳体的内部表面的金属网；

一加强装置，其位于该腔室内且结合于该金属壳体的内部表面间；及

一工作流体，其是充填于该腔室之中，

且该金属网与该金属壳体的内部表面间的接合面、该上盖与该下盖间的结合面、及该加强装置与该金属壳体内部间的所有接合面皆为扩散接合面。

20.如权利要求19所述的均热板，其特征在于：该上盖或该下盖至少其中之一者在其边缘以内的部分是呈突起的。

21.如权利要求19所述的均热板，其特征在于：该上盖与下盖及该金属网的材料皆为铜。

22.如权利要求21所述的均热板，其特征在于：该加强装置是包含多个铜柱或铜条或二者的组合。

23.如权利要求22所述的均热板，其特征在于：该加强装置为多个铜条，且该铜条各进一步包含多个分开的扩大部。

24.如权利要求19所述的均热板，其特征在于：该上盖及下盖的材料为铝，该金属网的材料为铜。

25.如权利要求24所述的均热板，其特征在于：该加强件是包含多个铝柱或铝条或二者的组合。

26.如权利要求25所述的均热板，其特征在于：该加强装置为多个铝条，且该铝条各进一步包含多个分开的扩大部。

27.如权利要求19或21所述的均热板，其特征在于：该加强件是连结于该上盖侧金属网与该下盖侧金属网之间。

28.如权利要求19或20或21所述的均热板，其特征在于：该金属网进一步具有多个开口，且该加强装置是穿过该些开口而连结该金属壳体内部表面。

29.如权利要求19至26中任一项所述的均热板，其特征在于：进一步包含一焊接在该中空壳体上与该腔室连通的充填管。

30.如权利要求19至26中任一项所述的均热板，其特征在于：该均热板是为可绕曲。

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