CN1895011A - 平板型传热装置及其制造方法 - Google Patents

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CN1895011A CNA200480037671XA CN200480037671A CN1895011A CN 1895011 A CN1895011 A CN 1895011A CN A200480037671X A CNA200480037671X A CN A200480037671XA CN 200480037671 A CN200480037671 A CN 200480037671A CN 1895011 A CN1895011 A CN 1895011A
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李镕德
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Abstract

一种在其两端与热源和散热单元接触的平板型传热装置，该平板型传热装置将热源产生的热水平地传送到散热单元。该装置包括：导热平板容器，容纳有通过从热源吸热而蒸发并通过向散热单元散热而凝结的工作液；和安装所述容器内的网状聚合体，使得其中将网线上下交错编织的粗网和细网彼此接触地垂直层叠。粗网在网线的各交点处提供截面积不同的主向和次向蒸汽蒸发通道，使蒸汽在其中流动。具有相对较大截面积的主向蒸汽散发通道与传热方向平行。细网提供从网线的各交点起沿着网线延伸方向的液体流动通道。

Description

平板型传热装置及其制造方法
本发明涉及一种平板型传热装置及其制造方法，该平板型传热装置能够通过利用蒸发和凝结使工作液(working fluid)循环来从热源散热，更具体地，本发明涉及这样一种平板型传热装置及其制造方法，这种平板型传热装置能够防止平板型容器破裂并在确保最大传热效率的方向上提供蒸气散发通道和液体流动通道。
背景技术
近来，诸如笔记本或PDA的电子设备随着集成技术的发展变得更小更薄。此外，随着对电子设备的更高响应度和功能扩展的需求增加，能耗也趋于增大。于是，在设备运行时从该电子设备内的电子元件中产生大量热量，因此使用各种平板型传热装置将热量散发出去。
作为传统平板型传热装置的典型示例，在现有技术中普遍知道热导管。将该热导管构造成在真空中对密封容器内部进行减压，从而与周围空气隔绝，并在其中注入工作液之后密封该容器。至于其操作，工作液在安装了热导管的热源附近受热并蒸发，随后流向冷却部。在冷却部，蒸汽通过向外散发热而再次凝结成液体，随后回到其初始位置。通过这种工作液循环机制，将热源中产生的热散发出去，因此，可将电子元件的温度保持在合适的水平上。
颁发给Akachi等人的US 5,642,775揭示了一种包括具有微小通道(称为毛细隧道(capillary tunnel))的平板并由模压法形成的平板型热导管及其内部填充的工作液。如果对该平板的一端加热，则工作液受热并蒸发成蒸气，随后进入各通道的另一端，随后被再次冷却和凝结并进入加热部。可在母板和印刷电路卡之间采用Akachi等人提出的这种平板型热导管。但是，通过模压形成多个如此小而细的毛细通道是很困难的。
颁发给Itoh的US 5,309,986揭示了一种密封空气的矩形容器以及容器内填充的热载体(工作液)。在本专利中，在容器的内表面上形成斜槽，并且该容器具有多个突角(pointed corner)，使得凝结后的工作液可均匀地分布到容器的整个区域内，从而能够有效地吸收和释放热量。
颁发给Li等人的US 6,148,906揭示了一种平板型热导管，其用于将热量从位于电子设备周围内的热源向外部热槽传送。该平板型热导管包括在其中包含有一组杆的凹陷的金属底板和覆盖该底板的顶板。对由底板、顶板和多个杆所限定的空间进行减压并填充工作液。如上所述，工作液从通道内的加热部吸热，随后进入冷却部，并且通过在冷却部内散热而凝结的工作液再次循环到加热部，从而使该设备冷却。
图1示出了作为常规冷却装置的另一个示例的安装在热源20与热槽30之间的散热单元10。将散热单元10构造成，在薄金属容器50的内部空间40内充有工作液并在金属容器50的内表面上形成芯结构(wickstructure)60。将热源20内产生的热传送到与热源20接触的散热单元10内的芯结构60。在该区域内，芯结构60内容纳的工作液被蒸发并通过内部空间40向各个方向散布，之后在安装了热槽30的冷却区内的芯结构60处通过散热而凝结。将该凝结过程中散发的热量传送到热槽30，之后借助冷却扇70进行的强制对流而向外散发。
这样的冷却装置应该具有使蒸气流动的充足空间，这是因为液态下的工作液应该通过从热源吸热而蒸发，并且蒸发的蒸气应该再次进入冷却区。但是，在具有小厚度的平板型传热装置的平板容器内具有充分的蒸汽散发通道是不容易的。尤其是，由于将平板型容器保持在真空状态(或减压状态)下，因此在其制造过程中，容器的上、下平板很容易破裂或变形，从而降低了产品的可靠性。
发明内容
设计本发明是为了解决现有技术存在的问题，因此，本发明的目的是提供一种具有几何结构的改进的平板型传热装置，该几何结构能够通过牢固地支撑变得更薄的平板型传热装置的平板型容器来防止该装置的变形以确保产品可靠性，还能够在有效传热的最佳方向上提供蒸气散发通道和液体流动通道。
为了实现上述目的，本发明提供一种平板型传热装置，其一端与热源接触，另一端与散热单元接触，该装置将热源产生的热以水平方向传送到散热单元，所述装置包括：热传导平板容器，其容纳有工作液，所述工作液通过从热源吸热而蒸发并通过将热散发到散热单元而凝结；以及安装在所述容器内的网状聚合体(mesh aggregate)，并将其构造成，使得网线上下交错编织的粗网和细网以彼此接触的方式垂直层叠起来，其中粗网在各网线交点上提供具有不同截面积的主向和次向的蒸气散发通道，使得由工作液蒸发的蒸气能够从中流动，具有较大截面积的主向蒸气散发通道与传热方向平行，而细网提供沿着网线表面的液体流动通道。
优选地，粗网的网孔宽[M＝(1-Nd)/N，其中N是网孔数，d是网线直径(英寸)]是0.19至2.0mm，粗网具有0.17至0.5mm的网线直径，粗网的网孔面积为0.036至4.0mm2。根据ASTM规格E-11-95，粗网还优选地具有10至60的网孔数。
优选地，细网的网孔宽[M＝(1-Nd)/N，其中N是网孔数，d是网线直径(英寸)]是0.019至0.18mm，细网的网线直径为0.02至0.16mm，细网的网孔面积为0.00036至0.0324mm2。根据ASTM规格E-11-95，细网还优选地具有80至400的网孔数。
优选地，将所述细网设置得靠近所述热源，并将所述粗网设置得靠近所述散热单元。
在本发明的一个方面，将所述网状聚合体构造成，将所述粗网插入在两层细网之间。此时，可在插入在所述细网之间的所述粗网的至少一部分内另外设置至少一层额外的细网，从而通过将细网互连来提供液体通道。
在本发明的另一个方面，将所述网状聚合体构造成，使得所述细网、所述粗网和中网从底到顶依次层叠起来。此处，该中网具有与粗网相比的相对较大的网孔数和与细网相比的相对较小网孔数。此时，可在插入在细网与中网之间的粗网的至少一部分内另外设置至少一层额外细网或中网，从而通过将细网和中网互连来提供通道。
在本发明的再一个方面，将所述网状聚合体构造成，包括作为下层的细网以及作为上层的粗网和中网，使得中网面对散热单元。此时，中网可具有蒸气流动空间以使从粗网中引入的蒸汽在其中流动。
根据本发明，所述平板型传热装置可另外包括与网状聚合体接触安装在所述容器内并位于网状聚合体之下的芯结构，所述芯结构具有不平坦的表面，使得工作液容纳于其中并在其中流动，同时利用从热源吸热而蒸发并流向网状聚合体。
所述芯结构可由烧结铜粉、不锈钢粉或镍粉或者由蚀刻聚合物板、硅板、硅石板、铜板、不锈钢板、镍板或铝板制成。另选地，所述容器可由电解铜箔制成，从而将具有突起和凹陷的内表面用作芯结构。
根据本发明，所述细网和中网分别具有截面积不同的主向和次向液体流动通道，并且所述主向液体流动通道优选与传热方向平行。
根据本发明，所述工作液为水、乙醇、氨水、甲醇、氮或氟利昂。工作液的填充量优选地为芯孔隙率(porosity)的80～150％。
根据本发明，所述网优选由金属、聚合物或塑料制成。在此，所述金属包括铜、铝、不锈钢、钼或它们的合金。
此外，所述容器由金属、聚合物或塑料制成，金属优选地包括铜、铝、不锈钢、钼或它们的合金。
为了实现上述目的，还提供了一种平板型传热装置的制造方法。首先，分别形成所述平板容器的上板和下板。之后，在所述平板容器内插入具有以下结构的网状聚合体：将上下交错编织网线的粗网和上下交错编织网线的细网垂直层叠起来。此处，所述粗网主要提供蒸汽散发通道，所述细网层主要提供液体流动通道。所述粗网在各网线交点处具有截面积不同的主向和次向蒸汽散发通道，使得从工作液中蒸发的蒸汽能够在其中流动，当将所述网状聚合体插入到所述平板容器内时，调整粗网的方向以使粗网的主向蒸汽散发通道与传热方向平行，这点很重要。接下来，通过将上、下板接合起来并留有工作液注入孔来形成平板容器。之后，通过所述工作液注入孔将所接合的容器的内部减压成真空并通过所述工作液注入孔注入工作液。最后，对其中注入了工作液的平板容器进行密封，完成所述平板型传热装置。
附图说明
参照附图，从以下的实施例说明中将更清楚地理解本发明的其他目的和方面，在附图中：
图1是显示常规平板型传热装置的截面图；
图2是显示根据本发明优选实施例的平板型传热装置的截面图；
图3是显示根据本发明另一实施例的平板型传热装置的截面图；
图4是显示根据本发明优选实施例采用的粗网结构的平面图；
图5是显示根据本发明优选实施例采用的细网结构的平面图；
图6是显示根据本发明优选实施例采用的网的详细结构的放大平面图；
图7是显示从X方向观测的、在根据本发明优选实施例的网内形成的蒸汽散发通道的截面图；
图8是显示从Y方向观测的、在根据本发明优选实施例的网内形成的蒸汽散发通道的截面图；
图9是显示在根据本发明优选实施例的网内形成的液体膜的截面图；
图10是显示具有类似图9的液体膜的网的平面图；
图11至13是显示根据本发明的平板型传热装置的各种外观的透视图；
图14至16是显示根据本发明的平板型传热装置内所使用的平板容器的各种示例的截面图；
图17是显示根据本发明另一实施例的平板型传热装置的截面图；
图18是显示根据本发明再一实施例的平板型传热装置的截面图；
图19是显示根据本发明又一实施例的平板型传热装置的截面图；
图20是显示根据本发明又一实施例的平板型传热装置的截面图；
图21是显示根据本发明又一实施例的平板型传热装置的截面图；
图22是沿着图21的B-B’线截取的截面图；
图23是沿着图22的C-C’线截取的截面图；以及
图24是一个实验结果的曲线图，实施该实验是为了对根据本发明实施例的平板型传热装置的传热性能进行评估。
具体实施方式
下面，对实施例进行描述以说明本发明，并参考附图提供详细描述以更好地理解本发明。但是，可通过不同方式对本发明的实施例进行修改，不应该解释成将本发明的范围限制在以下所述实施例。提供本发明的实施例仅仅是为了向本领域的一般技术人员进行更清楚、明确的说明。在附图中，相同的标号代表相同的元件。
图2是显示根据本发明优选实施例的平板型传热装置的截面图。参照图2，本发明的平板型传热装置100包括：平板容器130，其安装在热源110与诸如热槽的散热单元120之间并由上板130a和下板130b构成；网状聚合体G，将其插入到所述平板容器130内；以及工作液，充当在所述平板容器130内传热的介质。在此，将所述网状聚合体G构造成，使上下交错地细密编织网线的细网140和上下交错地粗糙编织网线的粗网150彼此相对地层叠起来。此处，应该这样理解，术语“细网140”和“粗网150”是根据相对的网格密度来定义的，并且细网140具有比粗网150更大的网孔数。
平板容器130由具有良好导热性的金属、传导型聚合物或导热型塑料制成，从而可容易地从热源110吸热并且容易地向散热单元120散热。
图4和6是显示网状聚合体G的多个网中的粗网150的整体平面图以及粗网150的部分放大平面图。参照图4和6，将粗网150编成使横向网线150a和150b与纵向网线150c和150d彼此交错。这种粗网150可由金属线、聚合物线或塑料线制成。优选地，所述金属为铜、铝、不锈钢、钼或它们的合金。此外，可根据所需平板容器的形状将粗网150制成诸如正方形、矩形或其他的各种形状。
图5是在网状聚合体G的多个网中的细网140的整体平面图。优选地，细网140和粗网150彼此相对地接触。细网140采用与上述粗网150相同的材料以及与其相同的方式编织。
同时，可将本发明的网状聚合体G构造成如图3中所示，包括由三层粗网层叠而成的粗网层150L和由三层细网层叠而成的细网层140L。不过，网的层数并无特别限制，而可以基于对装置的冷却能力或电子设备的厚度的考虑适当地进行选择。
再次参照图6，网140和150的网孔宽M通常表达成以下公式1。
公式1
M＝(1-Nd)/N
在此，d是网线的直径(英寸)，N是1英寸长度中的网孔数(网格数)。
在本发明中，粗网150用作提供蒸汽散发通道的工具，蒸发的工作液可通过该蒸汽散发通道流动。更具体地，参照图7，示出了沿图6的A-A’线截取的粗网150的一部分的截面图，以下面的方式构造粗网150，即横向网线150a与纵向网线150c的下表面接触，而且与相邻纵向网线150d的上表面接触。尽管在图中未示出，但图6中所示的相邻横向网线150b是以相反的方式布置的。同时，在靠近横向网线150a的上、下表面的位置上，分别产生空闲空间，并将各空闲空间用作蒸汽散发通道PV。蒸汽散发通道Pv是从横向网线150a与纵向网线150c和150d的交点J沿着纵向网线150c和150d的延伸方向形成的，其截面积从该交点J开始逐渐减小。
此外，如图6中所示，从横向网线150a和150b与纵向网线150c和150d的所有交点J沿着上、下、右和左各个方向形成蒸汽散发通道PV。因此，蒸汽可通过这样的通道快速地朝各个方向散发。在图6中，用箭头‘’表示蒸汽沿着蒸汽散发通道Pv的散发路径。
蒸汽散发通道Pv的最大截面积A计算如下。
公式2
A＝(M+d)d-πd2/4
根据公式1和2可知，随着网孔数N减少以及网线直径增加，蒸汽散发通道的最大截面积A增加。
但是，当沿横向网线150a和150b的延伸方向Y观测时和沿纵向网线150c和150d的延伸方向X观测时，最大截面积A是不同的。这是因为，由于编织筛网是通过先将横向网线150a和150b或纵向网线150c和150d固定，然后将其他网线编织到上面(如编织物那样)来编织的，因此张力随网的方向不同而变化。
如果图6中所示的粗网150是以固定纵向网线150c和150d的方式编织的筛网，则当以X方向观测时蒸汽散发通道Pv的最大截面积A比以Y方向观测时要大。
更具体地，在图7中示出了以X方向观测到的蒸汽散发通道Pv，并且在图8中示出了以Y方向观测到的蒸汽散发通道Pv。因此，粗网150在X方向上具有比Y方向上更大的蒸汽散发流速。以下，将具有更大蒸汽散发流速的方向称为“主向”，而将具有相对较小的蒸汽散发流速的方向称为“次向”。因此，由于在相同压力下主向上能够通过的(蒸汽或液体的)流量大于次向上能够通过的流量，所以与次向相比，主向显示出更好的渗透性。
考虑到该事实，当如图2或3中所示构造网状聚合体G时，将粗网150的主向设置成与传热方向平行，即在本发明中从热源110到散热单元120的方向。因此，蒸汽可以在传热方向上快速流动，从而可以使平板型传热装置100的传热性能最佳。
同时，如图9中所示，当平板型传热装置实际工作时，由于工作液的表面张力，在位于粗网150的横向网线和纵向网线的交点J处的蒸汽散发通道Pv内形成液体膜170。因此，蒸汽实际上可通过的蒸汽散发通道Pv的实际截面积减少了由液体膜170占据的那么大的面积。此处，随着网孔数N的减少以及网线直径d的增大，液体膜170的面积与蒸汽散发通道Pv的最大截面积A的比值将下降。
如果粗网150的网孔数N很大并且网线直径d很小，则蒸汽散发通道Pv的最大截面积A将显著减小以增加流阻，并且蒸汽散发通道Pv由于表面张力而被液体堵住，由此使蒸汽无法从中通过。根据本发明人开展的实验，在遵循ASTM规格E-11-95的筛网的情况中，如果网孔数N在10至60的范围内，则可采用作为粗网150。此时，如果网线直径d是0.17mm或更大，则蒸汽会容易地流过蒸汽散发通道Pv。
根据本发明人开展的实验，优选地，粗网150的网线直径d为0.17至0.5mm，网孔宽M为0.19至2.0mm，网孔面积为0.036至4.0mm2。
此外，如图10中所示，在平板型传热装置工作时，通过工作液在由粗网150的横向网线150a和150b与纵向网线150c和150d的交点J处的平面上的表面张力也形成了液体膜170。该液体膜170与相邻交点J处形成的液体膜170互连(参见图10的180)。
尽管在附图中未示出，但在细网140的横向网线和纵向网线的交点处也形成有液体膜。此外，由于在传热装置工作时细网140主要提供如下所述的液体流动通道，因此网格的空闲空间可能全部充满液体膜。
通过对粗网150的参数中的网格宽N和/或网线直径d进行控制，可实现多个液体膜170的连接，并且通过如下所述的毛细作用力(capillaryforce)也引起工作液的水平流动。因此，尽管在粗网150中主要通过蒸汽散发通道Pv引起蒸发的工作液的散发，但也通过互连的液体膜170中产生的毛细作用力在其中引起液体的水平流动。同时，水平流动方向一般与传热方向相对。此外，粗网150中的水平流量相对小于通过细网140产生的液体的水平流量。
再次参照图2，当粗网150提供蒸汽散发通道Pv时，细网140提供液体流动通道。因此，在散热单元120处凝结的工作液通过液体流动通道返回到热源110附近。更具体地，在细网140的位于热源110几乎正上方的区域内，在传热过程期间持续不断地引起工作液的蒸发。蒸发的工作液通过粗网150的蒸汽散发通道Pv散发到散热单元120，该散热单元120保持在比工作液的蒸发点更低的温度上。之后，工作液在散热单元120的几乎正下方的区域处凝结，之后主要容纳到细网140的液体膜内。
但是，在细网140的靠近热源110的区域内引起的工作液的蒸发导致工作液的不足，而通过工作液凝结使位于散热单元120几乎正下方的细网140区内的工作液过多。因此，在细网140内的互连液体膜处引起毛细作用力，从而导致在与传热方向相反方向上的液体的持续流动。也就是说，细网140提供液体流动通道，从而将传热元件120下方区域上凝结的工作液提供给热源110。在细网140的情况中，网格尺寸很小，因此，通过所容纳的工作液的表面张力使网格的空闲空间充满液体。因此，细网140用作液体流动通道而非蒸汽散发通道。
出于与粗网150相同的理由，细网140的液体流动通道依据其方向具有不同的最大截面积。因此，在相同压力条件下，细网140也具有液体流速较大的‘主向’以及与主向相比液体流速较小的‘次向’。在本发明中，为了使平板型传热装置的传热性能最佳，将网状聚合体G优选地构造成，使细网140的主向与传热方向平行。在此结构中，粗网150的蒸汽散发效率和细网140的液体流动效率都是最佳的，从而进一步提高平板型传热装置的传热性能。
考虑到细网140的功能，在采用符合ASTM规格E-11-95的筛网作为细网140的情况中，网孔数N优选地在80至400范围内。根据本发明人开展的实验，优选地，细网140的网线直径d为0.02至0.16mm，网孔宽M为0.019至0.18mm，并且网孔面积为0.00036至0.0324mm2。
在本发明中，可在平板容器的内侧设置芯结构以帮助液体的接收、凝结和快速流动。优选地，该芯结构可由烧结铜粉、不锈钢粉、铝粉或镍粉制成。作为另一个示例，该芯结构可由蚀刻聚合物板、硅板、硅石(SiO2)板、铜板、不锈钢板、镍板或铝板制成。
另选地，平板容器可由具有粗芯结构的电解铜箔构造成，该粗芯结构在一侧上具有大约10μm的小突起和凹陷而在另一侧上具有平滑的表面。在该情况中，将具有粗芯结构的表面作用平板容器的内表面。
另外，应该理解，也可以采用在颁发给Benson等人的US 6,056,044中所揭示的使用微匹配法(miromatching method)构成的各种芯结构作为本发明的平板容器的芯结构。
如果需要的话，将根据本发明的平板型传热装置制造成具有0.5至2.0mm或大于2.0mm的厚度。此外，平板型传热装置可具有诸如方形、矩形、T形等的各种形状(如图11至13中所示)。另外，可由单独提供然后如图14和15中所示组合而成的上容器130a和下容器130b，或者可由如图16中所示作为整体的一个容器来构造平板型传热装置的平板容器130。
优选地，平板容器130的上板130a和下板130b可由具有0.5mm或更小厚度的金属、聚合物、塑料等制成。金属可以是铜、铝、不锈钢或钼。聚合物可以采用具有良好导热性的聚合材料，如导热型聚合物。塑料可以采用具有良好导热性的塑料。平板容器130可通过以下方式制成，即通过将任何上述材料切割成所需形状来制备上板130a和下板130b，并随后利用各种方式(例如铜焊、TIG(钨极惰性气体)焊、锡焊、激光焊、电子束焊、摩擦焊和压焊)将它们接合。将接合成的平板容器减压至真空或低压，并充入诸如水、乙醇、氨水、甲醇、氮或氟利昂的工作液，随后进行密封。优选地，将充入平板容器130内的工作液的量设定在芯孔隙率的80至150％范围内。
现在，参照图2，对根据本发明优选实施例的平板型传热装置的操作进行说明。
如图2中所示，根据本发明的平板型传热装置100的下板130b的一端与热源110相邻，并且上板130a的一端配置有诸如热槽或冷却扇的散热单元120。在该状况下，如果热源110的温度增大到工作液的蒸发点以上，则启动传热操作。更具体地，从热源110产生的热通过平板容器130的下板130b传送到细网140。之后，细网140内容纳的工作液受热并蒸发，所蒸发的蒸汽通过粗网150的蒸汽散发通道，在平板容器130内朝各个方向散发。在此，蒸发的工作液一般向散热单元120散发。此时，由于粗网150的主向与传热方向，或者是从热源110到散热单元120的方向一致，因此蒸发的工作液的散发可达到最佳。
散发的蒸汽在位于散热单元120的大致正下方处的细网140和粗网150内凝结。该凝结过程中生成的凝结热量被传送到平板容器130的上板130a，随后通过传导、自然对流或由例如冷却扇产生的强制对流向外散发。
在细网140和粗网150中容纳有凝结液态下的工作液，随后通过在由热源110附近的工作液的持续蒸发而互连的液体膜内产生的毛细作用力，使该工作液流向热源110附近，从而返回到其初始位置。此时，液体主要流经细网140。粗网150中容纳的凝结的工作液主要垂直流经粗网150的交点J(如图10中所示)并随后流入细网140(尽管也是水平流动)。在理想的情况下，工作液的这种循环将持续进行，直到热源的温度变得基本上等于或低于工作液的蒸发点为止。
在优选实施例中，由于如粗网150那样，细网140的主向平行于传热方向，因此也使液体的流动达到最佳，从而将凝结的工作液快速提供给靠近热源110的位置。
如上述已知的那样，细网140在热源110正上方位置处起蒸发部的作用，在散热单元120正下方位置处起凝结部的作用，并从整体上通过由互连液体膜产生的毛细作用力起到最佳液体流动通道的作用。
此外，粗网150不仅起到最佳蒸汽散发通道的作用，而且在散热单元120的正下方位置处起到凝结部的作用以及返回路径作用，从而使在散热单元120正下方位置处凝结的液体可垂直流向粗网150下方的细网140，并随后返回到其初始位置。尤其是，由于粗网150起到蒸汽散发通道的作用，因此在平板容器130内无须形成空闲空间以提供单独的蒸汽散发通道。
在本发明中，网状聚合体G通过插在上板130a与下板130b之间来支撑它们，因此当形成真空以充入工作液时或者当操作装置时，不会造成上板130a和下板130b的破裂。
根据本发明，图2中所示的网状聚合体G可具有各种改良(如图17至23中所示的示例)。下面，使用相同的标号表示图中相同的元件。
图17中示出了根据本发明另一实施例的平板型传热装置。参照图17，在平板容器130的上板130a和下板130b的内表面上形成有细网层140H和140L，并在细网层140H与140L之间插入作为蒸汽散发通道的粗网层150。细网层140H或140L具有至少一层细网，由阴影表示，粗网层具有至少一层粗网，由圆点表示。
例如，在将下板130b与热源110接触且将散热单元120设置到上板130a的情况中，从与下板130b接触的下细网层140L中蒸发的蒸汽通过粗网层150的蒸汽散发通道沿各个方向散发，之后优选地，在与上板130a接触的上细网层140H处通过散热而凝结成液体。由于细网层140H或140L具有比粗网层150相对更大的网孔数N，因此可凝结蒸汽的凝结点数相应地增加，从而提高了散热效率。此外，粗网层150提供返回通道，从而可使上细网层140H处凝结的工作液流到下细网层140L。
优选地，将粗网层150和细网层140H与140L的主向设置成与传热方向平行，从而使蒸汽散发和液体流动达到最佳。
图18示出了本发明的又一个实施例，其中在细网层140H和140L之间插入的粗网层150的至少一部分内设置有至少一层细网140M，从而使细网层140H和140L互连以在两者之间提供液体流动通道。这使得通过散热而在上细网层140H处凝结的工作液更容易地流到下细网层140L。
优选地，将粗网层150和细网层140H、140M与140L的主向设置成与传热方向平行，从而使蒸汽散发和液体流动达到最佳。
根据本发明，也可以复合设置具有至少三种不同网孔数的不同类型网层，如图19中所示的示例。在图19的传热装置中，在靠近热源110的平板容器130的下板130b的内表面上设置具有至少一层细网的细网层140，从而将热传送给要蒸发的液体，并在细网层140上设置具有至少一层粗网的粗网层150，从而为蒸发的工作液提供散发通道。此外，在与散热单元120靠近设置的平板容器130的上板130a的内表面上，设置具有至少一层中网的中网层140’，该中网的网孔数与粗网相比相对更大，与细网相比相对更小。
优选地，将粗网层150、细网层140和中网层140’的主向设置成与传热方向平行，从而使蒸汽散发和液体流动达到最佳。
另外，如图20中所示，为了提供在中网层140’上凝结的工作液到细网层140的液体流动通道，可以在插入在中网层140’与细网层140之间的粗网层150的至少一部分内另外设置用于使中网层140’和细网层140互连的至少一层额外的中网层140”。尽管附图中未示出，所述额外的中网层140”可由细网层140代替。
图21至23示出了根据本发明又一实施例的平板型传热装置。图22是沿着图21的B-B’线截取的平面截面图，图23是沿着图22的C-C’线截取的侧截面图。该实施例的平板型传热装置更适合用作平板型热导管。
参照图21至23，在平板容器130内邻近热源110的位置上设置细网层140，在其中靠近散热单元120处(此处通过散热使工作液凝结)设置中网层140’。此外，通过粗网层150将细网层140和中网层140’互连。此处，细网层140用作工作液的蒸发部，粗网层150用作蒸汽的流动通道，并且中网层140’用作工作液的凝结部。因此，通过从热源110传送到细网层140的热量使工作液蒸发，并且蒸汽通过粗网层150的蒸汽散发通道流到中网层140’。接下来，蒸汽通过将热散发到散热单元120，在中网层140’处凝结。利用毛细作用力，所凝结的液态的工作液通过细网层140再次返回到蒸发部。
优选地，将粗网层150、细网层140和中网层140’的主向设置成与传热方向平行，由此使蒸汽散发和液体流动达到最佳。
根据该实施例，为了促进凝结传热并防止蒸汽散发通道由于液体膜的形成而受堵，在中网层140中优选地形成蒸汽流动空间200(参见图22和23)，从而使从粗网层150引入的蒸汽可流经该空间200。在该情况下，经过粗网层150的蒸汽在各处进一步散发到中网层140’，从而可进一步提高凝结效率和散热效率。
另选地，中网层140’可由细网层140代替。在该情况下，也可以在细网层140内形成与中网层140’相同的蒸汽流动空间。此外，蒸汽流动空间并不限于该实施例，但可以在平板容器内适当设计以与粗网相通，从而可以将经过粗网的蒸汽散发通道的蒸汽导向传热单元120正下方的细网层140的蒸汽凝结部。
实施例
发明人使用厚0.1mm的电解铜箔制备了图15中所示的平板容器的上板和下板，之后在平板容器内安装网状聚合体(将其构造成，如图17中所示在两个细网之间插入一个粗网)，从而制成如下表1中所示的三类平板型传热装置。
表1
  粗网   细网
  类型1(样例1)   主向   次向
  类型2(样例2)   主向   主向
  类型3(样例3)   次向   主向
样例1，2和3的宽、长和高分别是120mm，50mm和1.3mm，使用的网为其中含铜量为至少99％的铜筛网。粗网的网线直径d为0.225mm，网厚为0.41mm以及网孔数为15，而细网的网线直径d为0.11mm，网厚为0.22mm以及网孔数为100。利用变性双组份丙烯酸黏合剂(HARDLOCTH，由日本DENKA研制)密封平板容器的上、下板，并留有工作液注入孔。在注入工作液之前，使用旋转真空泵和扩散真空泵将平板容器内部减压到1.0×10-7托，随后将蒸馏水充入平板容器作为工作液，并最后进行密封。
在如上所述制备好样例1至3之后，将宽和长分别为12mm的铜热源安装到各样例平板容器的下板的左侧部位，并将热槽安装到各样例平板容器的上板的右侧部位，如图17中所示。之后，使用风扇对热槽进行强制冷却。在该情况下，通过向热源提供能量来测量热源中心的温度，根据以下公式3，利用热源和周围的温差来计算各样例的热阻。在图24中示出了所计算的结果。
公式3
总热阻＝(T测量温度-T周围温度)/(Q输入功率)
参照图24，可以发现，将细网和粗网的主向设置得与传热方向平行的样例2显示出最优的传热性能。另外，样例1示出了比样例3更好的传热性能，并且应该考虑到，粗网的方向而非细网的方向对传热性能产生了主要作用。因此，根据本发明的传热装置(使蒸汽散发和液体流动达到最佳)因其良好的传热性能，可以作为用于冷却电子设备的传热单元的不错选择。
工业应用
根据本发明，可以制造一种厚度薄且各种形状的平板型传热装置。尤其是，本发明的方法不需要成本很高的MEMS工艺或蚀刻工艺，并且可以利用廉价的网和容器以低成本提供平板型传热装置。另外，由于冷却装置内设置的网防止在真空形成过程中或装置制成之后的容器变形或破裂，因此该装置可具有改进的可靠性。此外，由于为实现有效的传热，使蒸汽散发通道和液体流动通道达到最佳，因此本发明的平板型传热装置显示出高传热性能。可将本发明的平板型传热装置有效地用于冷却诸如移动电子终端的各种电子设备。

Claims (33)

1、一种平板型传热装置，其一端与热源接触并且另一端与散热单元接触，所述装置将在所述热源处产生的热沿水平方向传送到所述散热单元，所述装置包括：
容纳有工作液的导热平板容器，所述工作液通过从所述热源吸热而蒸发并通过向所述散热单元散热而凝结；以及
网状聚合体，其安装在所述容器内并被构造成，使得其中上下交错编织网线的粗网和细网彼此接触地垂直层叠起来，
其中所述粗网在网线的各交点处提供具有不同截面积的主向和次向蒸汽散发通道，使得从所述工作液蒸发的蒸汽能够在其中流动，具有相对较大截面积的所述主向蒸汽蒸发通道与传热方向平行，
其中所述细网提供沿着所述网线表面的液体流动通道。
2、根据权利要求1所述的平板型传热装置，
其中所述粗网的网孔宽M为0.19至2.0mm，M＝(1-Nd)/N，其中N为网孔数，d为网线直径，单位为英寸。
3、根据权利要求1所述的平板型传热装置，其中所述粗网具有0.17至0.5mm的网线直径。
4、根据权利要求1所述的平板型传热装置，其中所述粗网具有0.036至4.0mm2的网孔面积。
5、根据权利要求1所述的平板型传热装置，其中基于ASTM规格E-11-95，所述粗网具有10至60个的网孔数。
6、根据权利要求1所述的平板型传热装置，
其中细网的网孔宽M为0.019至0.18mm，M＝(1-Nd)/N，其中N为网孔数，d为网线直径，单位为英寸。
7、根据权利要求1所述的平板型传热装置，其中所述细网具有0.02至0.16mm的网线直径。
8、根据权利要求1所述的平板型传热装置，其中所述细网具有0.00036至0.0324mm2的网孔面积。
9、根据权利要求1所述的平板型传热装置，其中基于ASTM规格E-11-95，所述细网具有80至400个的网孔数。
10、根据权利要求1所述的平板型传热装置，
其中将所述网状聚合体构造成，从底到顶包括靠近所述热源设置的所述细网以及层叠在所述细网上的、靠近所述散热单元的所述粗网。
11、根据权利要求1所述的平板型传热装置，
其中将所述网状聚合体构造成，使得将所述粗网插入在两层细网之间。
12、根据权利要求11所述的平板型传热装置，
其中在插入在所述细网之间的所述粗网的至少一部分内设置至少一层额外的细网，从而通过将所述细网互连来提供液体通道。
13、根据权利要求1所述的平板型传热装置，
其中所述网状聚合体还包括至少一层中网，所述中网的网孔数与所述粗网的网孔数相比相对更大，并且与所述细网的网孔数相比相对更小。
14、根据权利要求13所述的平板型传热装置，
其中将所述粗网层叠在所述细网与所述中网之间。
15、根据权利要求14所述的平板型传热装置，
其中在插入在所述细网与所述中网之间的所述粗网的至少一部分内设置至少一层额外的细网，从而通过将所述细网和所述中网互连来提供通道。
16、根据权利要求14所述的平板型传热装置，
其中在插入在所述细网与所述中网之间的所述粗网的至少一部分内设置至少一层额外的中网，从而通过将所述细网和所述中网互连来提供通道。
17、根据权利要求14所述的平板型传热装置，
其中将所述细网布置成邻近所述热源，并且将所述中网布置成邻近所述散热单元。
18、根据权利要求14所述的平板型传热装置，
其中将所述细网布置成邻近所述热源，从而使所述工作液通过从所述热源吸收的热而蒸发成蒸汽，
其中将所述粗网设置成与所述细网接触，从而提供所述蒸汽流动的通道，
其中将所述中网设置成与所述粗网接触并邻近所述散热单元，从而使所述蒸汽通过向所述散热单元散热而凝结。
19、根据权利要求18所述的平板型传热装置，
其中所述中网具有蒸汽流动空间，从而使从所述粗网引入的蒸汽能够在其中流动。
20、根据权利要求1所述的平板型传热装置，还包括：
芯结构，其与所述网状聚合体接触地安装在所述容器内并位于所述网状聚合体的下方，所述芯结构的表面不平滑，从而使所述工作液能够容纳于其中并流动，同时所述工作液利用从所述热源吸收的热而蒸发并流向所述网状聚合体。
21、根据权利要求20所述的平板型传热装置，
其中所述芯结构由烧结铜粉、不锈钢粉或镍粉制成。
22、根据权利要求20所述的平板型传热装置，
其中所述芯结构通过蚀刻聚合物板、硅板、硅石板、铜板、不锈钢板、镍板或铝板来制成。
23、根据权利要求1所述的平板型传热装置，
其中所述容器由电解铜箔制成，从而将具有突起和凹陷的内表面用作所述芯结构。
24、根据权利要求1至23中的任一项所述的平板型传热装置，其中所述网由金属、聚合物或塑料制成。
25、根据权利要求24所述的平板型传热装置，其中所述金属是铜、铝、不锈钢、钼或它们的合金。
26、根据权利要求1至23中的任一项所述的平板型传热装置，其中所述容器由金属、聚合物或塑料制成。
27、根据权利要求26所述的平板型传热装置，其中所述金属是铜、铝、不锈钢、钼或它们的合金。
28、根据权利要求1至23中的任一项所述的平板型传热装置，其中所述工作液是水、乙醇、氨水、甲醇、氮或氟利昂。
29、根据权利要求28所述的平板型传热装置，其中充入的工作液的量是芯孔隙率的80％至150％。
30、根据权利要求1至23中的任一项所述的平板型传热装置，
其中所述细网具有截面积不同的主向和次向液体流动通道，
其中所述主向液体流动通道与传热方向平行。
31、根据权利要求13至19中的任一项所述的平板型传热装置，
其中所述中网具有截面积不同的主向和次向液体流动通道，
其中所述主向液体流动通道与传热方向平行。
32、一种平板型传热装置的制造方法，所述平板型传热装置包括导热平板容器和安装在所述平板容器内的网状聚合体，并且所述平板型传热装置利用工作液通过所述网状聚合体的循环机制来沿水平方向进行传热，所述方法包括以下步骤：
(a)分别形成所述平板容器的上板和下板；
(b)制备具有以下结构的网状聚合体：将上下交错编织网线以提供蒸汽散发通道的粗网和上下交错编织网线以提供液体流动通道的细网彼此相对地垂直层叠起来，所述粗网在网线的各交点处具有截面积不同的主向和次向蒸汽散发通道，从而使从所述工作液蒸发的蒸汽能够在其中流动；
(c)在所述上板与下板之间插入所述网状聚合体，并调整所述网状聚合体的方向，使得所述粗网的所述主向蒸汽散发通道与传热方向平行；
(d)通过将所述上板和下板接合并留有工作液注入孔来形成平板容器；
(e)通过所述工作液注入孔将所接合的容器的内部减压到真空，然后通过所述注入孔注入工作液；并且
(f)将其中注入所述工作液的所述平板容器密封。
33、根据权利要求32所述的平板型传热装置的制造方法，
其中，在步骤(b)中，选择所述细网以使得在网线的各交点处具有截面积不同的主向和次向液体流动通道，从而使从所述工作液蒸发的蒸汽能够在其中流动，并且将所述网状聚合体制备成，使得所述细网的所述主向液体流动通道与所述粗网的所述主向蒸汽散发通道平行。
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