CN1982826A - 可穿透式支撑结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿透式支撑结构及其制造方法，该支撑结构为由线材编织而成或由片材或块材以冲压、蚀刻、电镀或电铸加工制成的具有多个相互贯穿孔洞的薄片型凹凸结构，将支撑结构结合于液汽两相式散热组件的腔体内并配合毛细结构层，该支撑结构所具有的孔洞有利于蒸汽(汽相工作流体)在散热组件的腔体内均匀流动。
Description
技术领域
本发明涉及一种可穿透式支撑结构及其制造方法，尤其涉及一种用于诸如热管、平板热管、蒸汽槽均热片、薄型均热板等散热元件的液汽两相式平板状导热元件内的可挠性支撑结构，其具有支撑和避免膨胀变形的双重效果，从而有利于工作流体的流动，实现高效率的均热或散热目的。
背景技术
随着电子产品功能速度提升而体积追求轻、薄、小的趋势，电子产品及元件(如计算机CPU)的散热问题日趋严重。为了解决散热问题，提出了许多被动式散热及均热元件，以作为目前及下一代电子产品散热问题的解决方案，例如：热管(Heat Pipes)、平板热管(Flat Plate Heat Pipe)、蒸汽槽均热片与鳍片(Vapor Chamber Heat Spreader and Heat Sink)、薄型均热板等，这类散热元件的结构特征及其工作原理如下所述：这些元件为真空腔体，内部中空部分填充有工作流体，并可能具有毛细结构或支撑结构等，使内部形成一液汽两相共存的饱和状态，在其外壳的局部施加一热源以定义该处为蒸发区，流经蒸发区的工作流体因受热蒸发而转变为蒸汽流动，此为吸热效应；而当蒸汽流动到散热元件的较冷部位时(定义该处为冷凝区)，蒸汽将被冷凝变回液体，此为放热效应，随后，工作流体再通过毛细结构所产生的毛细力或者重力，将液体导引回输入热源的蒸发区，以达到流体循环过程，继续进行下一次支蒸发冷凝循环，工作流体通过该吸热与放热循环过程即可达到移热与散热的效果。
由于上述散热元件为中空腔体，当中空腔体由抽真空填充工作流体之后，内部成为一液汽两相的低压饱和状态，即内部压力低于外界大气压力，故其内部的支撑结构极为重要，必须能够支撑腔体外壳抵抗外界的压力，使外壳不变形或减少变形量，以达到降低接触热阻、保持蒸汽流动空间、固定总体积、预防膨胀或收缩变形、增加传热面积或效果等功能。
已知有关散热元件支撑结构的专利，如中国发明专利申请号第92128413号“薄板式热管及其制造方法”，如图1所示，该专利提及一种利用外壳10的冲压成型凹凸槽11、12互相顶抵的方式以达到支撑结构的目的，该专利还提及一种实心式直条沟槽支撑结构，如图2所示，在壳体20内部成型有实心式直条沟槽21，然而上述专利所公开的两种结构都具有一共同缺点，即，该凹槽12及实心式直条沟槽21阻断了蒸汽(汽相工作流体)的流动性，从而影响散热效率。
再如中国实用新型专利申请号第93220197号“均温热传导结构改进”、实用新型专利申请号第93205027号“热管”、实用新型专利申请号第89210557号“平板式热管结构改进”、实用新型专利申请号第86115415号“热管式散热器”、实用新型专利申请号第88210055号“热管均热板”等专利，均提出了与图2所示相类似的实心式直条沟槽支撑结构，因此其所存在的共同缺点也在于该实心式直条沟槽支撑结构阻断了蒸汽(汽相工作流体)的流动性，从而影响散热效率。
再如中国实用新型专利申请号第87222042号“圆形热管压扁成平板状的热管结构(一)”，该专利提出一种断面可呈实心圆或实心圆附沟槽或空心圆、方形或方形附沟槽、网状毛细组织或烧结毛细组织的支撑结构，以实现支撑并提供液体毛细导流的目的，参照图3，在管体10内设有毛细组织11及支撑体12，再通过模具20、21上下夹合管体10以构成一扁平状热管结构，该结构所存在的一个严重缺点在于，该支撑体12单点附着于毛细组织11上，如图所示，该支撑体12的顶部与毛细组织11无任何连结，使得该支撑体12仅具有支撑功能，而当将其置于高温环境时(如：烘箱或回炉焊等大于100°的环境)，将无法避免管体10膨胀变形，换句话说，该管体10的顶部由于没有任何牵制结构，极容易造成顶部膨胀变形。
再如中国实用新型专利申请号第92217637号“平板式热管的支撑结构改进”，参照图4，利用金属粉粒烧结方式制作毛细结构与支撑结构2，其与壳体1的壁面间具有通道25以供工作蒸汽流动，并以烧结方式与壳体1的上盖10与下盖11相接合固定，该支撑结构2虽然具有多孔性结构特征，可提供液相工作流体毛细导流的能力，并且其上下大接触面烧结焊接的连结方式，可确保其结构强度与变形量，使上述已知专利的蒸汽(汽相工作流体)无法流通、不利膨胀变型等缺点可获得改善，但其仍存在一缺点：以金属粉粒烧结方式制作的支撑结构2，使得该平板式热管不具有可挠性。
再如中国实用新型专利申请号第94202299号“热管毛细组织的结构改进”，参照图5，其为利用网状、螺旋体、具有孔洞的压板等材料作为外层毛细结构11的支撑结构12，将支撑结构12卷成一圈压迫热管10的内管壁，以提供毛细结构11贴附于热管10内管壁的支撑力，本专利的支撑结构12的作用与上述已知专利所提出的支撑结构的作用不同，本专利的支撑结构12只是单纯支撑该毛细结构11使其平贴管壁，并非用于抵抗热管10的内外压力差，且该支撑结构12无焊接或黏着固定，只是其外表面与外围毛细结构11及热管10的内管壁相接触，而其内表面没有接触，换句话说，该支撑结构12对热管10并没有任何支撑内外压力差的作用。
综上所述，传统式支撑结构可概括分为三种：外壳接合式、实心板状或柱状以及毛细结构，然而无论何种形式，都无法完全满足：具有支撑作用、不阻碍工作流体的流动、可防止膨胀变形、具有可挠性等优点。
发明内容
考虑上述缺点，本发明的主要目的在于提供一种可穿透式支撑结构及其制造方法，可有效增加支撑面积与位置、提升结构强度、保持蒸汽流动的顺畅，使薄型均热板内的液汽两相循环顺畅，提升均热效果，并可实现可挠性的目的。
本发明的另一目的在于提供一种可穿透式支撑结构及其制造方法，其上下表面的微结构或外壳通过焊接或黏着固定，可以支撑以避免外界大气压力压扁，同时可以避免高温高压时的膨胀。
本发明的又一目的在于提供一种可穿透式支撑结构及其制造方法，尤其适用于可挠式的薄板均热片内部。
为达到上述目的，本发明提供一种可穿透式支撑结构，其为至少一层并具有多个相互贯穿孔洞的薄片型凹凸结构。
较佳地，该凹凸结构可呈规则或不规则凹凸。
较佳地，该凹凸结构通过线材以交错或弯折编织的方式形成。
较佳地，该凹凸结构的编织厚度约1mm左右，网格数目约为30以下。
较佳地，该凹凸结构由片材或块材加工制成。
较佳地，其加工方式可为冲压、蚀刻、电镀或电铸方式。
较佳地，该孔洞可为任意形状。
较佳地，该孔洞可呈规则阵列分布或不规则任意分布以设置于凹凸结构的任意面上。
较佳地，该凹凸结构设置有多个层，且各层的孔洞形状或凹凸形状互异。
较佳地，该凹凸结构的材料可为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金，或如硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属。
为达到上述目的，本发明还提供一种具有可穿透式支撑结构的散热元件，其包括：
一腔体；
至少一支撑结构，其设置于腔体内，该支撑结构为至少一层的具有多个相互贯穿孔洞的薄片型凹凸结构。
较佳地，该支撑结构与腔体内壁相结合。
较佳地，该支撑结构与腔体的结合方式可为点焊、锡焊、硬焊、扩散接合或使用黏着剂粘合。
较佳地，该黏着剂可使用环氧树脂(Epoxy)。
较佳地，该凹凸结构可呈规则或不规则凹凸。
较佳地，该凹凸结构由线材以交错或弯折编织的方式形成。
较佳地，该凹凸结构的编织厚度约1mm左右，网格数目约为30以下。
较佳地，该凹凸结构由片材或块材加工制成。
较佳地，其加工方式可为冲压、蚀刻、电镀或电铸方式。
较佳地，该孔洞可为任意形状。
较佳地，该孔洞可呈规则阵列分布或不规则任意分布以设置于凹凸结构的任意面上。
较佳地，该凹凸结构设置有多个层，且各层的孔洞形状或凹凸形状互异。
较佳地，该腔体及凹凸结构的材料可为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金，或如硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属。
较佳地，该腔体内部为真空低压，且填充有工作流体，该工作流体可为纯水、氨或有机溶液如甲醇、乙醇或丙酮等有利于蒸发散热的流体，或者所述流体掺杂有金属、氧化物或非金属粒子悬浮物等物质。
较佳地，该腔体与支撑结构之间附着有一毛细结构层。
较佳地，该毛细结构层可为金属或非金属的细致的网状结构、表面凹凸状、或者烧结粉粒、聚合粉体等。
较佳地，该毛细结构层的材料可为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金，或如硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属。
为达到上述目的，本发明还提供一种可穿透式支撑结构的制造方法，其中所述支撑结构由线材以交错或弯折编织的方式形成并且具有多个相互贯穿的孔洞的薄片型凹凸结构。
较佳地，该凹凸结构可呈规则或不规则凹凸。
较佳地，该凹凸结构的编织厚度约1mm左右，网格数目约为30以下。
较佳地，该孔洞可为任意形状。
较佳地，该孔洞可呈规则阵列分布或不规则任意分布以设置于凹凸结构的任意面上。
较佳地，该凹凸结构设置有多个层，且各层的孔洞形状或凹凸形状互异。
较佳地，该线材的材料可为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金，或如硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属。
为达到上述目的，本发明还提供一种可穿透式支撑结构的制造方法，其中所述支撑结构由片材或块材加工制成并具有多个相互贯穿孔洞的薄片型凹凸结构。
较佳地，该加工方式可为冲压、蚀刻、电镀或电铸。
较佳地，该凹凸结构可呈规则或不规则凹凸。
较佳地，该孔洞可为任意形状。
较佳地，该孔洞可呈规则阵列分布或不规则任意分布以设置于凹凸结构的任意面上。
较佳地，该凹凸结构设置有多个层，且各层的孔洞形状或凹凸形状互异。
较佳地，该片材或块材的材料可为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金，或如硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属。
附图说明
图1所示为中国发明专利申请号第92128413号“薄板式热管及其制造方法”的结构示意图；
图2所示为中国发明专利申请号第92128413号“薄板式热管及其制造方法”的另一结构示意图；
图3A和3B所示为中国实用新型专利申请号第87222042号“圆形热管压扁成平板状的热管结构(一)”的结构示意图；
图4所示为中国实用新型专利申请号第92217637号“平板式热管的支撑结构改进”的结构示意图；
图5所示为中国实用新型专利申请号第94202299号“热管毛细组织的结构改进”的结构示意图；
图6所示为根据本发明一较佳实施方式的支撑结构的结构示意图；
图7到图12示出了根据本发明的支撑结构的不同较佳实施方式的结构示意图；以及
图13到图17示出了根据本发明的支撑结构的不同布置方式的结构示意图。
其中，附图标记为：
30-均热板
31-腔体
311-内部空间
32-毛细结构层
33、133、233、333、433、533、633-支撑结构
34、134、234、334、434、534、634-孔洞
40-蒸汽(汽相工作流体)
具体实施方式
以下将参照附图描述为实现本发明目的而采用的技术手段与功效，而以下附图所列举的实施方式只是示例性的，本申请的技术手段并不限于所述附图。
本发明所提供的可穿透式支撑结构，适用于液汽两相式薄型均热板或板状热管，可应用于一般电子、光电、通讯产品内的发热元件散热、均热或移热，或计算机芯片、CPU、显示器、LED、LCD、发光二极管、手机、PDA、电玩、工业计算机、服务器等，或一般生活家电、冷冻空调、汽车、工厂机具、发电厂、太阳能板、化学反应器等的散热、移热、均热或节能等，如图6所示，该均热板30具有一真空低压的腔体31，该腔体31的内部空间311用于供蒸汽(汽相工作流体)40流动以及设置支撑结构33，该工作流体40可为纯水、氨或有机溶液如甲醇、乙醇或丙酮等有利于蒸发散热的流体，或者所述流体掺杂有金属、氧化物或非金属粒子悬浮物等物质。
在该较佳的实施方式中，该腔体31的内壁附着有毛细结构层32，该毛细结构层32可为金属或非金属的细致的网状结构、表面凹凸状、或者烧结粉粒、聚合粉体等，在毛细结构层32内设有支撑结构33，该支撑结构33具有多个相互贯通孔洞34分布的薄片状凹凸结构，该孔洞34的尺寸及分布位置可以为阵列布置，也可为不规则分布，以本实施例为例，可利用线材弯折制造而成；另外，该支撑结构33与腔体31内壁或设置于腔体31内的毛细结构层32相结合，其结合方式可以为点焊、锡焊、硬焊、扩散接合、或者使用黏着剂如Epoxy等方式，由于支撑结构33与腔体31内壁或设置于腔体31内的毛细结构层32相结合，故该支撑结构33具有抗正负压力的能力，可避免均热板30的腔体31因抽真空而凹陷，或腔体31内部压力过高时膨胀变型的情况。
所述腔体31、毛细结构32、可穿透式支撑结构33的材料可为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金，或如硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属的单层、多层或多种结构，由于支撑结构33具有互相穿透的孔洞34，因此可使蒸汽(汽相工作流体)40穿梭于支撑结构33内，由于蒸汽(汽相工作流体)40流动的自由度大幅提升，降低流动阻力，因此可使得均热板30的均热或均温效果大幅提升，达到更好的散热效果；此外，由于该支撑结构33为薄片状凹凸结构，因此具有可挠性，可用于各种形状的均热板壳体。
继续参照图7到图12，其示出了本发明支撑结构的变型实施方式，如图7和图8所示的编织粗网结构的支撑结构133、233，其具有较大的孔洞134、234可供工作流体通过，该支撑结构133、233的编织厚度约1mm左右，网格数目约为30以下，其编织方式、编织方向、层数、网束数量和粗细可任意变化，可采用单层或多层重叠使用以增加工作流体流动空间的高度或厚度；再如图9到图12所示的具有多个不同形状的大型孔洞334、434、534、634分布的薄片状凹凸结构的支撑结构333、433、533、633；图9和图10所示的支撑结构333、433呈规则的立体矩形阵列，其可供工作流体穿透的大型孔洞334、434呈矩形；图11所示的支撑结构533呈规则的波浪状，其可供工作流体穿透的大型孔洞534呈椭圆形；图12所示的支撑结构633也呈规则的波浪状，其可供工作流体穿透的大型孔洞634呈矩形；然而前述不同变型的支撑结构或设置于其上的孔洞仅为说明本发明结构的实施例而已，实际应用结构可根据需要再作变化，可将支撑结构及孔洞设置为任意形状，孔洞可任意组合并分布于支撑结构各方向的表面，而支撑结构的凹凸架构也可为三角形、方形、波浪形等周期性或复合型，制造方式可利用冲压、锻铸、金属或非金属射出成型、电镀或电铸、蚀刻等完成。
继续参照图13到图17，其示出了本发明所提供的可穿透式支撑结构不同布置方式的结构示意图，如图13所示，该均热板30的腔体31内全部均匀布置有支撑结构33；图14所示的该支撑结构33布置于均热板30的腔体31的外围；而图15所示的该支撑结构33可根据需要部分分布并且划分区域；图16表示该可穿透式支撑结构33可根据需要部分分布且呈现多个独立区块；图17则为将上述不同的外型支撑结构33、333、433、533、633多层复合设置于均热板30腔体31内的结构示意图，同样地，该腔体31的内壁可附着毛细结构层32以提高均热效果。
综上所述，本发明提供的具有孔洞的薄片状凹凸结构所构成的支撑结构，在不阻碍工作流体的流动与扩散的前提下，可根据散热元件的压力分布情形、结构强度分析、以及蒸汽流动或散热量等需求而调整其分布位置、层数、复合种类分布状况，应用范围极广，另外，由于该支撑结构以焊接或胶黏等方式与散热元件结合，故可避免散热元件压缩及膨胀变形，而且，由于该支撑结构为多孔洞的薄片结构，故具有可挠性，适用于不同形状的散热元件，尤其适用于液汽两相式薄型均热板或板状热管。
上面的描述仅为本发明的最佳实施例，并不限定本发明所实施的范围。即，在本发明权利要求书所要求保护的范围内所做的任何变化与修改，都应该属于本发明要求保护的范围。
Claims (16)
1、一种具有可穿透式支撑结构的散热元件，包括：
一腔体；和
至少一支撑结构，其设置于所述腔体内，该支撑结构为至少一层的具有多个相互贯穿孔洞的薄片型凹凸结构。
2、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述支撑结构与所述腔体内壁相结合。
3、根据权利要求2所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述支撑结构与所述腔体的结合方式为点焊、锡焊、硬焊、扩散等焊接接合。
4、根据权利要求2所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述支撑结构与所述腔体的结合方式为使用黏着剂粘合。
5、根据权利要求4所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述黏着剂使用环氧树脂。
6、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述凹凸结构呈规则凹凸。
7、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述凹凸结构呈不规则凹凸。
8、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述凹凸结构由线材以编织的方式形成。
9、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述凹凸结构由片材加工制成。
10、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热组件，其特征在于，所述空洞呈规则阵列分布以设置于凹凸结构的任一表面上。
11、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述孔洞呈不规则任意分布以设置于凹凸结构的任意面上。
12、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述凹凸结构设置有多层，且各层的孔洞形状或凹凸形状互异。
13、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述腔体和凹凸结构的材料为铜、铝、镍、不锈钢等金属或合金。
14、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述腔体和凹凸结构的材料为硅、石墨、碳基材料、高分子塑料等非金属。
15、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述腔体内部为真空低压，且填充有工作流体。
16、根据权利要求1所述的具有可穿透式支撑结构的散热元件，其特征在于，所述腔体与支撑结构之间附着有一毛细结构层。
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