CN202750388U

CN202750388U - 高效均温板

Info

Publication number: CN202750388U
Application number: CN 201220296568
Authority: CN
Inventors: 苏程裕; 李国颖; 林建宏
Original assignee: MAIKE SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: MAIKE SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-06-19
Filing date: 2012-06-19
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2022-06-19

Abstract

本实用新型涉及一种高效均温板，包含在一中空壳体内部设一密闭腔室，所述中空壳体具有相互接合的一上盖及一下盖，所述密闭腔室形成于所述上盖与下盖之间，且所述上盖与下盖之间设有一个以上用以支撑所述中空壳体的支撑件，所述上盖的底面设有一上毛细结构层，且所述下盖的顶部设有一下毛细结构层且所述密闭腔室内充填一工作流体，并在所述毛细结构层显露于密闭腔室中的表面上布设一具有高热传导性能的含钻石组织结构薄膜层。本实用新型通过高热传导性能的含钻石组织结构薄膜层而使工作流体经由所述毛细结构层与含钻石组织结构薄膜层共同传导电子元件的热能，据以大幅提升热传导的效率，而有效解决高功率电子元件的散热问题。

Description

高效均温板

技术领域

本实用新型涉及一种均温板，特别涉及一种接合于电子元件上用以均匀传导电子元件所产生的热能的高效均温板，并涉及均温板的腔室、毛细结构层与含钻石组织结构薄膜层。

背景技术

计算机、通讯设备或液晶显示器等各种电子设备中都采用了许多高功率电子元件，如计算机中央处理器、北桥芯片、发光二极管等，在要求更加快速运行的趋势发展下，前述高功率电子元件在运行时，其单位面积所产生的热能也随之大幅增加，这些热能如果不能被实时有效地散去，将严重影响电子元件的正常运行。因此，如何有效防止电子元件过热而避免其效能下降的问题更显重要，各种电子元件的散热、冷却装置与方法也因应而生。

目前，最典型的散热、冷却装置是一种可接合于电子元件上的均温板(Vapor Chamber)，其可单独使用且散热效果佳，现已被大量使用，且均温板也可以介设于电子元件与散热片(heat sink)或风扇之间，该均温板可将电子元件产生的热量传导至散热片，且均温板亦可将电子元件的热量在传导至散热片之前先均匀分布，以充分发挥散热片的效能。

且知，传统均温板一般是采用铜或铝等金属材质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，且壳体内壁则布设有采用铜或铝等金属材质构成的毛细结构层，在真空状况下，工作流体只要在腔室一侧吸收外来热能即会急速汽化，而此热能经由腔室另一侧排出后，汽化的工作流体即冷凝回复至液体状态，并经由毛细结构层导引至热能处，据以反复进行吸、排热循环。

然而，构成均温板与毛细结构层的金属材质受制于材料本身有限的热传导性，用来均匀分布高热通量(heat flux)的电子元件产生的热能时，仍有其热传上的极限，故亟需加以改善，以进一步提升热传导效率。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种接合于电子元件上用以均匀传导电子元件所产生的热能的高效均温板，可提升热传导的效率，而将热能实时有效地传导并散发出去，以进一步提升上述先前技术中，传统均温板的金属材质受制于材料本身有限的热传导性的热传导效率。

为达成上述目的，本实用新型提供一种高效均温板，包含在一中空壳体内部设有一密闭腔室，所述中空壳体具有相互接合的一上盖及一下盖，所述密闭腔室形成于所述上盖与下盖之间，且所述上盖与下盖之间设有一个以上用以支撑所述中空壳体的支撑件，所述上盖的底面设有一上毛细结构层，且所述下盖的顶部设有一下毛细结构层，并在所述密闭腔室内充填有一工作流体；所述上毛细结构层的底面显露于所述密闭腔室中的表面上布设有一上含钻石组织结构薄膜层，且所述下毛细结构层的顶面显露于所述密闭腔室中的表面上布设有一下含钻石组织结构薄膜层，所述上毛细结构层与下毛细结构层上分别设有数量等于所述支撑件的通孔，且所述上含钻石组织结构薄膜层与下含钻石组织结构薄膜层上分别设有数量等于所述支撑件的穿孔，所述支撑件的顶端及底端分别穿过所述通孔与穿孔，而分别连接所述上盖的底面与下盖的顶面。

作为优选方案，其中所述上毛细结构层与下毛细结构层分别以扩散接合方式布设于所述上盖与下盖的内壁，所述支撑件以扩散接合方式设于所述上盖与下盖的内壁。

作为优选方案，其中所述中空壳体以铜或铝材质制成。

作为优选方案，其中所述上毛细结构层与下毛细结构层分别是由金属网或烧结金属粉末所构成。

作为优选方案，其中所述上毛细结构层与下毛细结构层分别以铜或铝材质制成。

作为优选方案，其中所述上含钻石组织结构薄膜层与下含钻石组织结构薄膜层分别是通过化学或物理气相沉积法形成。

本实用新型所提供的高效均温板，由于所述上含钻石组织结构薄膜层与下含钻石组织结构薄膜层具有高热传导性能，因此外来的热能传导至下盖的下毛细结构层与下含钻石组织结构薄膜层时，致使下盖近侧的工作流体加速吸收热能而汽化，且上盖的上毛细结构层与上含钻石组织结构薄膜层可快速吸收所述汽化的工作流体的热能，而使热能经由上盖排出，同时所述汽化的工作流体即冷凝回复至液体状态，并经由所述上、下毛细结构层与上、下含钻石组织结构薄膜层导引至下盖的热能处，据以反复进行吸、排热循环；此外，本实用新型利用所述上、下含钻石组织结构薄膜层具有的高热传导性能，并结合工作流体的相变化作用，将电子元件所产生的热能快速传导而散发至外界，可达到减小热阻的功效，并大幅提升热传导的效率，而有效解决高功率电子元件的散热问题。同时，所述上、下毛细结构层与上、下含钻石组织结构薄膜层还为冷凝后的工作流体提供回流的毛细力及流道。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的剖示图；

图2是图1的局部放大剖示图；

图3是图2的局部放大剖示图；

图4是图1实施例的水套测试数据的折线图。

【主要元件符号说明】

1-中空壳体；10-密闭腔室；11-上盖； 12-下盖；121-凹槽；

21-上毛细结构层；211-通孔；22-下毛细结构层；221-通孔；

31-上含钻石组织结构薄膜层；311-穿孔；32-下含钻石组织结构薄膜层；321-穿孔；

4-支撑件；

5-电子元件；

6-散热片。

具体实施方式

为了达成上述各项目的及功效，下面将结合附图和实施例说明如下，以使得本领域中的普通技术人员根据以下所述能够实施本实用新型。

请参阅图1所示，揭示出本实用新型较佳实施例的剖示图，图2揭示出图1的局部放大剖示图，图3揭示出图2的局部放大剖示图；并配合图1至图3说明本实用新型的高效均温板，包含有一采用铜或铝材质制成的中空壳体1，中空壳体1可呈扁平状，具有相互接合的一上盖11及一下盖12，且中空壳体1内部设有一密闭腔室10，位于所述上盖11与下盖12之间。

中空壳体1亦可采用其它散热性佳的金属制成，所述上盖11与下盖12周边可采用例如焊接、扩散接合等各种已知制程加以接合；在本实施上，下盖12顶部设有一凹槽121，而使凹槽121位于所述上盖11底部与下盖12顶部之间，以形成真空密闭腔室10。

所述扩散接合(diffusion bonding)是一种元件或材质间的接合方式，即通过适当控制加热温度、施加压力与作用时间等接合参数，而将元件或材质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，较佳可为在3小时以内。

所述上盖11与下盖12之间设置一个以上用以支撑中空壳体1的支撑件4，所述支撑件4可由具高导热性能的铜或铝等金属材质制成，且所述支撑件4间隔均匀排列于所述上盖11与下盖12之间的密闭腔室10内。

所述支撑件4高度等于或略大于密闭腔室10的高度，而分别与上盖11及下盖12相互抵压固定，且所述支撑件4的顶部与底部分别以扩散接合方式设于所述上盖11与下盖12的内壁。

上盖11底面以焊接或扩散接合方式布设有一上毛细结构层21，且下盖12顶部的凹槽121内壁以焊接或扩散接合方式布设有一下毛细结构层22。

密闭腔室10内部抽成真空[(介于10^-3至10^-7托里(torr)之间]状态，且密闭腔室10内部充填有一适量且具有低沸点的工作流体，该工作流体可为纯水、甲醇、冷媒、丙酮或氨，从而利用工作流体的相变化达到快速传热与均热的目的。

所述上毛细结构层21与下毛细结构层22可采用铜或铝材质制成，并由金属网或烧结金属粉末通过机械粗化制程或化学粗化制程所构成；所述上毛细结构层21与下毛细结构层22可为多孔隙的网目(mesh)、纤维(fiber)、微沟槽(groove)、烧结粉末(sintered powder)或者以上各类型式的复合毛细结构。

在本实施上，所述上毛细结构层21与下毛细结构层22可由金属铜网构成，但实施上并非仅限于此。例如，若上毛细结构层21由金属铜网构成，而下毛细结构层22可改用烧结金属粉末通过粗化制程等构成，金属粉末可为铜粉或铝粉等，粗化制程可为任何已知的机械或化学粗化制程，机械粗化制程包含刻槽及喷沙等制程，化学粗化制程包含化学蚀刻等制程。

上毛细结构层21底面显露于密闭腔室10中的表面上布设有一上含钻石组织结构薄膜层31，且下毛细结构层22顶面显露于密闭腔室10中的表面上布设有一下含钻石组织结构薄膜层32；所述上含钻石组织结构薄膜层31及下含钻石组织结构薄膜层32可采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)或物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition, PVD)形成于所述上毛细结构层21的底面与下毛细结构层22的顶面。

所述上毛细结构层21与下毛细结构层22上分别设有数量等于所述支撑件4的通孔211及通孔221，且所述上含钻石组织结构薄膜层31与下含钻石组织结构薄膜层32上分别设有数量等于所述支撑件4的穿孔311及穿孔321，所述支撑件4顶端及底端分别穿过所述通孔211及通孔221与穿孔311及穿孔321，而分别连接所述上盖11的底面与下盖12的顶面。

如此，所述支撑件4可构成均温板的中空壳体1的加强结构，可防止中空壳体1在吸热时受到工作流体产生的汽化压力影响而变形。

通过上述构件组成，可供据以实施本实用新型均温板于一发热电子元件5上，该均温板的中空壳体1可介设于电子元件5与一散热片6之间，而使中空壳体1的上盖11顶面贴触于散热片6底面，且中空壳体1的下盖12底面贴触于电子元件5顶面；电子元件5可为计算机中央处理器、北桥芯片、图形视频数组或高功率发光二极管等，散热片6可由具高导热性能的铜或铝等金属材质制成，可提供较大的散热面积将电子元件5产生的热能实时散发至环境中；所述下盖12、下毛细结构层22与下含钻石组织结构薄膜层32邻近电子元件5产生的热能而形成均温板的热源区(蒸发区)，所述上盖11、上毛细结构层21与上含钻石组织结构薄膜层31邻近散热片6而形成均温板的散热区(冷凝区)。

使用时，电子元件5运作时所产生的热能首先被下盖12吸收，而使热能经由所述热源区的下毛细结构层22与下含钻石组织结构薄膜层32传导至密闭腔室10内的工作流体；期间，由于下含钻石组织结构薄膜层32具有高热传导性能，且工作流体是选用低沸点的液体，因此外来的热能可经由下含钻石组织结构薄膜层32急速传导至密闭腔室10底层的工作流体，令工作流体急速吸收该热能后快速蒸发而汽化产生蒸汽；众所周知，当液体发生相变化时的热传导系数通常是不发生相变化时的数十倍甚至数百倍，因此所述工作流体形成的蒸气在密闭腔室10内的传导阻力几乎可以忽略，致使所述工作流体形成的蒸气迅速充满整个密闭腔室10内。

当所述工作流体形成的蒸汽对流至密闭腔室10的顶层并接触所述散热区的上含钻石组织结构薄膜层31与上毛细结构层21时，由于上含钻石组织结构薄膜层31具有高热传导性能，因此上含钻石组织结构薄膜层31可急速吸收所述工作流体形成的蒸汽所包含的热能，而使该热能经由所述上毛细结构层21与上盖11快速传导至散热片6，致使热能经由密闭腔室10顶层排出；同时，所述工作流体形成的蒸汽在所述上毛细结构层21与上含钻石组织结构薄膜层31冷凝回复成液体状态，并沿着密闭腔室10两侧的所述上毛细结构层21、上含钻石组织结构薄膜层31、下毛细结构层22与下含钻石组织结构薄膜层32回流至密闭腔室10底层的热源区，据以反复进行吸、排热循环；由于所述上毛细结构层21及下毛细结构层22内具有大量孔隙，可产生毛细作用力，而促使冷凝后的工作液体回流，并提供回流的流道。

本实用新型均温板与传统均温板的水套测试数据如下列表1所示：

表1

Figure 2012202965689100002DEST_PATH_IMAGE001

请参阅图4所示，揭示出图1实施例的水套测试数据的折线图，说明表1的本实用新型均温板与传统均温板的水套测试数据的分布状况，其中可清楚看出，本实用新型均温板的散热能力明显高于传统均温板。

通过上述，本实用新型利用所述上含钻石组织结构薄膜层31与下含钻石组织结构薄膜层32具有的高热传导性能的特性，有效地将发热电子元件5所产生的热能实时传导至散热片6而散发至外界，并结合均温板内工作流体的相变化作用而具有的良好热传导特性，综合达到有效减小热阻的功效，达到将热能从电子元件5经由均温板快速且均匀地传导至散热片6而实时散热的目的，热传导特性十分优异，并大幅提升热传导的效率，有效解决高发热能电子元件5的散热问题。

据此，以进一步提升上述现有技术中，传统均温板的金属材质受制于材料本身有限的热传导性的热传导效率。同时，所述上毛细结构层21、下毛细结构层22、上含钻石组织结构薄膜层31与下含钻石组织结构薄膜层32还为冷凝后的工作流体提供回流的毛细力及流道。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限定本实用新型；举凡其它未脱离本实用新型专利精神所作的等效修饰或置换等，均应包含于本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种高效均温板，包含在一中空壳体内部设有一密闭腔室，所述中空壳体具有相互接合的一上盖及一下盖，所述密闭腔室形成于所述上盖与下盖之间，且所述上盖与下盖之间设有一个以上用以支撑所述中空壳体的支撑件，所述上盖的底面设有一上毛细结构层，且所述下盖的顶部设有一下毛细结构层，并在所述密闭腔室内充填有一工作流体；其特征在于：

所述上毛细结构层的底面显露于所述密闭腔室中的表面上布设有一上含钻石组织结构薄膜层，且所述下毛细结构层的顶面显露于所述密闭腔室中的表面上布设有一下含钻石组织结构薄膜层，所述上毛细结构层与下毛细结构层上分别设有数量等于所述支撑件的通孔，且所述上含钻石组织结构薄膜层与下含钻石组织结构薄膜层上分别设有数量等于所述支撑件的穿孔，所述支撑件的顶端及底端分别穿过所述通孔与穿孔，而分别连接所述上盖的底面与下盖的顶面。

2.如权利要求1所述的高效均温板，其特征在于：所述上毛细结构层与下毛细结构层分别以扩散接合方式布设于所述上盖与下盖的内壁，所述支撑件以扩散接合方式设于所述上盖与下盖的内壁。

3.如权利要求1所述的高效均温板，其特征在于：所述中空壳体以铜或铝材质制成。

4.如权利要求1所述的高效均温板，其特征在于：所述上毛细结构层与下毛细结构层分别是由金属网或烧结金属粉末所构成。

5.如权利要求1所述的高效均温板，其特征在于：所述上毛细结构层与下毛细结构层分别以铜或铝材质制成。

6.如权利要求1所述的高效均温板，其特征在于：所述上含钻石组织结构薄膜层与下含钻石组织结构薄膜层分别是通过化学或物理气相沉积法形成。