JP3242525U - Integrated vapor chamber - Google Patents
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Abstract
【課題】一体型ベーパーチャンバーを提供する。【解決手段】一体型ベーパーチャンバーは、金属製トップカバー、金属製ボトムカバー、作動空間、毛細管構造、及び作動流体を有する。金属製トップカバーは、凝縮内面を有する。凝縮内面は、互いに平行に配置される複数の上溝、及び溝同士の間に突出した複数の支持構造を有する。金属製ボトムカバーは、吸熱外面及び蒸発内面を有する。吸熱外面は、発熱部品を収容するための少なくとも1つの凹部を有する。蒸発内面は、互いに平行に配置される複数の下溝を有する。作動空間は、金属製トップカバーのトップフレームと金属製ボトムカバーのボトムフレームを接合することで形成される気密空間である。前記複数の支持構造は、凝縮内面から突出延伸して蒸発内面の下溝同士の間に当接し、作動空間を支持する。毛細管構造は、下溝内に位置する。作動流体は、作動空間及び毛細管構造に存在する。【選択図】図5BA one-piece vapor chamber is provided. An integrated vapor chamber has a metallic top cover, a metallic bottom cover, a working space, a capillary structure, and a working fluid. The metallic top cover has a condensing inner surface. The condensing inner surface has a plurality of upper grooves arranged parallel to each other and a plurality of support structures protruding between the grooves. The metallic bottom cover has an endothermic outer surface and an evaporative inner surface. The heat absorbing outer surface has at least one recess for receiving a heat generating component. The evaporative inner surface has a plurality of lower grooves arranged parallel to each other. The working space is an airtight space formed by joining the top frame of the metal top cover and the bottom frame of the metal bottom cover. The plurality of support structures protrude from the condensation inner surface and abut between the lower grooves of the evaporation inner surface to support the working space. A capillary structure is located in the lower groove. A working fluid resides in the working space and capillary structure. [Selection drawing] Fig. 5B
Description
本考案は、ベーパーチャンバー、特に一体型ベーパーチャンバーに関する。 The present invention relates to vapor chambers, in particular integrated vapor chambers.
高出力電子部品は、新世代の半導体部品である。5G通信及び人工智能の普及に伴って、データセンターサーバーは、より高い周波数で動作すること、より多くの機能を持つことが求められている。しかしながら、高速な通信及び処理に対応する高出力電子部品又はチッププロセッサーが動作する時に、出力密度が高いため、必然的に大量の熱が発生する。発熱量が増加したため、電子部品に蓄積した熱を効率的且つ即時的に除去しないと、電子部品の動作信頼性に大きな影響を与え、結果、電子部品の利用性を制限する。そのため、チップの安定した動作を保証するように、より効率的な冷却システム又はモジュールを利用して熱を迅速に除去しなければならない。 High-power electronic components are a new generation of semiconductor components. With the spread of 5G communication and artificial intelligence, data center servers are required to operate at higher frequencies and have more functions. However, high power densities inevitably generate large amounts of heat when high power electronic components or chip processors supporting high speed communication and processing operate. Due to the increased amount of heat generated, if the heat accumulated in the electronic components is not removed efficiently and immediately, it will have a significant impact on the operational reliability of the electronic components, thereby limiting the usability of the electronic components. Therefore, a more efficient cooling system or module must be utilized to quickly remove the heat so as to ensure stable operation of the chip.
5G通信の発展に伴って、小型チップパッケージは、将来の製造プロセスの主流になると予想される。そのため、Intel社、TSMC社、ASE社、AMD社、ARM社、Microsoft社、Qualcomm社等の国際的なメーカーは、UCIe(Universal Chiplet Interconnect Express)業界アライアンスを創設することを宣言し、複数の小型チップを小型チップパッケージに統合し、より高速な演算速度を目指している。複数の小型チップを統合すると、チップの演算による熱が増えると予想され、それと共に放熱システムの効率を上げれない場合、チップに蓄積した熱を効率的且つ即時的に除去できず、チップシステム全体の不安定の原因となる。従来の放熱システムは、熱伝導の良い金属製保護ケースを放熱グリスを介して放熱電子部品(例えば、CPU、GPU)に接着し、熱を金属製保護ケース全体に拡散させ、フィンヒートシンクを放熱グリスを介して金属製保護ケースに接着し、超高速ファン又は水冷システムを利用してヒートシンクの放熱を向上させる。しかしながら、電子部品の演算速度が急速に向上しており、前記放熱方法だと電子部品の演算による大量の熱を即時的に除去できない。そのため、新世代の放熱モジュールは、上記金属製保護ケースとヒートシンクの間に放熱効率が高いベーパーチャンバーを導入し、電子部品による熱を即時的に除去する。 With the development of 5G communication, small chip packages are expected to become the mainstream of future manufacturing processes. Therefore, international manufacturers such as Intel, TSMC, ASE, AMD, ARM, Microsoft, Qualcomm, etc. have declared the creation of the UCIe (Universal Chiplet Interconnect Express) industry alliance, The chip is integrated into a small chip package, aiming for faster computing speed. The integration of multiple small chips is expected to increase the heat generated by the chip's operations, and the efficiency of the heat dissipation system cannot be improved. cause instability. The conventional heat dissipation system adheres a metal protective case with good thermal conductivity to the heat dissipating electronic components (e.g. CPU, GPU) through heat dissipating grease, spreads the heat throughout the metal protective case, and attaches the fin heat sink to the heat dissipating grease. It adheres to a metal protective case via a high-speed fan or water cooling system to improve the heat dissipation of the heatsink. However, the operation speed of electronic components is increasing rapidly, and the above heat dissipation method cannot immediately remove a large amount of heat generated by the operation of electronic components. Therefore, the new generation heat dissipation module introduces a vapor chamber with high heat dissipation efficiency between the metal protective case and the heat sink to instantly remove the heat generated by the electronic components.
ベーパーチャンバーは、現在のところもっとも熱伝導効率が高い放熱方法であり、その密閉作動チャンバー内の作動流体の相変化(即ち、高真空チャンバー内の作動液体の急速な気化及び凝縮)によって生じる大量の気化潜熱を利用し、従来の空気対流又は液体対流の数十倍である10000W/(m2∙℃)以上の熱伝導効率を達成し、迅速に放熱する目的を達成できる。そして、ベーパーチャンバー全体の厚さが僅か3.0mm程度であるため、薄型モバイル機器や薄型ノートパソコンに広く採用されている。 Vapor chambers are currently the most efficient heat transfer method for heat dissipation, and the large amount of heat generated by the phase change of the working fluid in its closed working chamber (i.e. rapid vaporization and condensation of the working liquid in the high vacuum chamber). Using the latent heat of vaporization, it can achieve the heat transfer efficiency of more than 10000W/(m 2 ∙ ℃), which is dozens of times that of conventional air convection or liquid convection, and achieve the purpose of rapid heat dissipation. And, since the thickness of the vapor chamber as a whole is only about 3.0 mm, it is widely used in thin mobile devices and thin notebook computers.
しかしながら、電子部品から大量の熱が発生する場合、その熱がまず放熱グリスを介して金属製保護ケースに伝導、分散し、さらに放熱グリスを介してベーパーチャンバーに伝導、除去される。放熱グリスは、その放熱効率が一般的な金属製保護ケース及びベーパーチャンバーより遥かに低く、放熱システムにおいて最大の熱抵抗となり、ベーパーチャンバーの放熱効率を大幅に低下させる。なお、電子部品に密接して熱を効率的に伝導するために、金属製保護ケースは、ほとんど硬度が高く、且つ変形しにくい材料(例えば、アルミニウム-マグネシウム合金又はその他の合金)で製作される。柔らかくて熱伝導率が高い純銅で金属製保護ケースを製作できないため、放熱システム全体において熱抵抗が発生する。上記問題を鑑みて、本考案は、放熱効率を向上させる一体型ベーパーチャンバーを提供する。純銅を冷間鍛造によって高硬度のベイパーチャンバーを製作し、さらにベーパーチャンバーの吸熱表面に凹部を設ける。凹部は、電子部品を収容するために設けられ、電子部品に直接に接触する。従来の金属製保護ケース及びベーパーチャンバーの代わりとして、金属シートを一体鍛造して一体型ベーパーチャンバーを形成することで、電子部品とベーパーチャンバーの界面に生じる熱抵抗を避けて、放熱効率を向上させる。 However, when a large amount of heat is generated from the electronic components, the heat is first conducted and dispersed to the metal protective case through the heat dissipation grease, and then conducted and removed to the vapor chamber through the heat dissipation grease. The heat dissipation efficiency of the heat dissipation grease is much lower than that of the general metal protective case and the vapor chamber, and it becomes the maximum heat resistance in the heat dissipation system, greatly reducing the heat dissipation efficiency of the vapor chamber. In addition, in order to closely conduct heat to the electronic components, the metal protective case is mostly made of materials with high hardness and resistance to deformation (such as aluminum-magnesium alloys or other alloys). . Since pure copper, which is soft and has high thermal conductivity, cannot be used to make a metal protective case, thermal resistance occurs in the entire heat dissipation system. In view of the above problems, the present invention provides an integrated vapor chamber with improved heat dissipation efficiency. A vapor chamber with high hardness is manufactured by cold forging pure copper, and recesses are provided on the heat absorption surface of the vapor chamber. The recess is provided to accommodate an electronic component and is in direct contact with the electronic component. Instead of the traditional metal protective case and vapor chamber, the metal sheet is integrally forged to form an integrated vapor chamber, which avoids the thermal resistance that occurs at the interface between the electronic components and the vapor chamber, and improves the heat dissipation efficiency. .
本考案の一体型ベーパーチャンバーは、単一の電子部品の放熱に用いるだけではなく、複数の小型チップを統合した5G通信用の小型チップパッケージに用いることができる。ベーパーチャンバーの吸熱表面にチップの形状に対応する形状を有する複数の収容空間を設けて、マルチチップの保護ケース及びベーパーチャンバーを一体成形することで、ベーパーチャンバーがチップ群に直接に接触する。そのため、媒質として放熱グリスを利用しなくても熱伝導効率を向上させる。そのため、本考案の一体型ベーパーチャンバーは、モバイル機器内のマルチチップの放熱にも用いることができる。 The integrated vapor chamber of the present invention can not only be used for heat dissipation of a single electronic component, but also can be used for a small chip package for 5G communication that integrates multiple small chips. A plurality of storage spaces having shapes corresponding to the shapes of the chips are provided on the heat absorbing surface of the vapor chamber, and the protective case of the multi-chip and the vapor chamber are integrally molded, so that the vapor chamber directly contacts the chip group. Therefore, the heat transfer efficiency is improved without using heat dissipation grease as a medium. Therefore, the integrated vapor chamber of the present invention can also be used for heat dissipation of multiple chips in mobile devices.
また、本考案の一体型ベーパーチャンバーは、金属シート(例えば、銅)を冷間鍛造で加工、成形した後、さらにCNC加工で仕上げる。鍛造工程において金属の加熱、アニールを行う必要がないため、鍛造後の金属の内部の結晶粒構造にアニールによる細孔及び粗大化が存在せず、熱伝導率の低下を避けることができる。また、加熱工程がないため、冷間鍛造で加工した金属の内部の結晶粒構造が高密度を維持し、鍛造した金属が高剛性及び高密度を有する。また、測定したところ、冷間鍛造で製作した金属は、より高い熱伝導率及び熱拡散率を有する。 Also, the integrated vapor chamber of the present invention is processed and formed by cold forging a metal sheet (eg, copper) and then finished by CNC machining. Since the metal does not need to be heated and annealed in the forging process, there are no pores or coarsening due to annealing in the crystal grain structure inside the metal after forging, and a decrease in thermal conductivity can be avoided. In addition, since there is no heating process, the grain structure inside the metal processed by cold forging maintains high density, and the forged metal has high rigidity and high density. Also, metals produced by cold forging have been measured to have higher thermal conductivity and thermal diffusivity.
しかしながら、電子部品から大量の熱が発生する場合、その熱がまず放熱グリスを介して金属製保護ケースに伝導、分散し、さらに放熱グリスを介してベーパーチャンバーに伝導、除去される。放熱グリスの放熱効率が一般的な金属製保護ケース及びベーパーチャンバーより遥かに低く、放熱システムにおいて最大の熱抵抗となり、ベーパーチャンバーの放熱効率を大幅に低下させる。なお、電子部品に密接して熱を効率的に伝導するために、金属製保護ケースの材料は、ほとんど硬度が高く、変形しにくい材料(例えば、アルミニウムマグネシウム合金又はその他の合金)を利用する。柔らかくて熱伝導率が高い純銅を金属製保護ケースとして利用できないため、放熱システム全体に熱抵抗が発生する。上記問題を鑑みて、本考案は、放熱効率を向上させる一体型ベーパーチャンバーを提供する。純銅を冷間鍛造によって高硬度のベイパーチャンバーを製作し、さらにベーパーチャンバーの吸熱表面に凹部を設ける。凹部は、電子部品を収容するために設けられ、電子部品に直接に接触する。従来の金属製保護ケース及びベーパーチャンバーの代わりとして、金属シートを一体鍛造して一体型ベーパーチャンバーを形成すると、電子部品とベーパーチャンバーとの間の異種界面によって生じる熱抵抗を避けることができて、放熱効率を向上させる。 However, when a large amount of heat is generated from the electronic components, the heat is first conducted and dispersed to the metal protective case through the heat dissipation grease, and then conducted and removed to the vapor chamber through the heat dissipation grease. The heat dissipation efficiency of heat dissipation grease is much lower than that of the general metal protective case and vapor chamber, and it becomes the maximum heat resistance in the heat dissipation system, greatly reducing the heat dissipation efficiency of the vapor chamber. In addition, in order to closely conduct heat to the electronic components, the metal protective case is mostly made of materials with high hardness and resistance to deformation (such as aluminum-magnesium alloys or other alloys). Since pure copper, which is soft and has high thermal conductivity, cannot be used as a metal protective case, thermal resistance occurs in the entire heat dissipation system. In view of the above problems, the present invention provides an integrated vapor chamber with improved heat dissipation efficiency. A vapor chamber with high hardness is manufactured by cold forging pure copper, and recesses are provided on the heat absorption surface of the vapor chamber. The recess is provided to accommodate an electronic component and is in direct contact with the electronic component. Instead of the traditional metal protective case and vapor chamber, integrally forging a metal sheet to form an integral vapor chamber can avoid thermal resistance caused by dissimilar interfaces between the electronic components and the vapor chamber, Improve heat dissipation efficiency.
本考案の一体型ベーパーチャンバーは、単一の電子部品の放熱に用いるだけではなく、複数の小型チップを統合した5G通信用の小型チップパッケージに用いることができる。ベーパーチャンバーの吸熱表面にチップの形状に対応する複数の収容空間を設けて、マルチチップの保護ケース及びベーパーチャンバーを一体成形することで、ベーパーチャンバーがチップ群に直接に接触するために、媒質として放熱グリスを利用せずに熱伝導効率を向上させることができる。そのため、本考案の一体型ベーパーチャンバーは、モバイル機器内のマルチチップの放熱にも用いることができる。 The integrated vapor chamber of the present invention can not only be used for heat dissipation of a single electronic component, but also can be used for a small chip package for 5G communication that integrates multiple small chips. By providing a plurality of storage spaces corresponding to the shape of the chips on the heat absorption surface of the vapor chamber and integrally molding the multi-chip protective case and the vapor chamber, the vapor chamber is in direct contact with the chip group. It is possible to improve heat conduction efficiency without using heat dissipation grease. Therefore, the integrated vapor chamber of the present invention can also be used for heat dissipation of multiple chips in mobile devices.
また、本考案の一体型ベーパーチャンバーは、金属シート(例えば、銅)を冷間鍛造で加工、成形した後、さらにCNC加工で仕上げる。鍛造工程において金属の加熱、アニールを行う必要がないため、鍛造後の金属の内部の結晶粒構造にアニールによる細孔及び粗大化が存在せず、熱伝導率の低下を避けることができる。また、加熱工程がないため、冷間鍛造で加工した金属の内部の結晶粒構造が高密度を維持し、鍛造した金属が高剛性及び高密度を有する。また、測定したところ、冷間鍛造で製作した金属は、より高い熱伝導率及び熱拡散率を有する。 Also, the integrated vapor chamber of the present invention is processed and formed by cold forging a metal sheet (eg, copper) and then finished by CNC machining. Since the metal does not need to be heated and annealed in the forging process, there are no pores or coarsening due to annealing in the crystal grain structure inside the metal after forging, and a decrease in thermal conductivity can be avoided. In addition, since there is no heating process, the grain structure inside the metal processed by cold forging maintains high density, and the forged metal has high rigidity and high density. Also, metals produced by cold forging have been measured to have higher thermal conductivity and thermal diffusivity.
本考案の1つの実施例は、一体型ベーパーチャンバーを提供する。一体型ベーパーチャンバーは、金属製トップカバー、金属製ボトムカバー、作動空間、毛細管構造、及び作動流体を有する。金属製トップカバーは、放熱外面及び凝縮内面を有する。凝縮内面の周辺に適切な高さを有するトップフレームが設けられる。トップフレームは、トップチャンネル溝を有する。凝縮内面は、互いに平行に配置される複数の上溝、及び溝同士の間に突出した複数の支持構造を有する。金属製ボトムカバーは、吸熱外面及び蒸発内面を有する。吸熱外面は、発熱部品を収容するための少なくとも1つの凹部を有する。蒸発内面の周辺に適切な高さを有するボトムフレームが設けられる。ボトムフレームは、ボトムチャンネル溝を有する。蒸発内面は、互いに平行に配置される複数の下溝を有する。作動空間は、金属製トップカバーのトップフレームと金属製ボトムカバーのボトムフレームを接合することで形成される気密空間である。金属製トップカバーの凝縮内面と金属製ボトムカバーの蒸発内面とが互いに対面する。上溝及び下溝は、互いに対応するように配置される。前記複数の支持構造は、凝縮内面から突出延伸して蒸発内面の下溝同士の間に当接し、作動空間を支持する。吸引チャンネルは、トップチャンネル溝とボトムチャンネル溝を接合することで形成され、作動空間の空気を吸引する。毛細管構造は、下溝内に位置する。作動流体は、作動空間及び毛細管構造に存在する。 One embodiment of the present invention provides an integrated vapor chamber. The integrated vapor chamber has a metallic top cover, a metallic bottom cover, a working space, a capillary structure, and a working fluid. The metallic top cover has a heat dissipating outer surface and a condensing inner surface. A top frame with a suitable height is provided around the condensing inner surface. The top frame has a top channel groove. The condensing inner surface has a plurality of upper grooves arranged parallel to each other and a plurality of support structures protruding between the grooves. The metallic bottom cover has an endothermic outer surface and an evaporative inner surface. The heat absorbing outer surface has at least one recess for receiving a heat generating component. A bottom frame with a suitable height is provided around the inner evaporative surface. The bottom frame has a bottom channel groove. The evaporative inner surface has a plurality of lower grooves arranged parallel to each other. The working space is an airtight space formed by joining the top frame of the metal top cover and the bottom frame of the metal bottom cover. The condensing inner surface of the metallic top cover and the evaporating inner surface of the metallic bottom cover face each other. The upper groove and the lower groove are arranged to correspond to each other. The plurality of support structures protrude from the condensation inner surface and abut between the lower grooves of the evaporation inner surface to support the working space. The suction channel is formed by joining the top channel groove and the bottom channel groove to suck air in the working space. A capillary structure is located in the lower groove. A working fluid resides in the working space and capillary structure.
本考案の一体型ベーパーチャンバーは、従来技術より優れた放熱効率、耐久性、信頼性を有する。 The integrated vapor chamber of the present invention has better heat dissipation efficiency, durability and reliability than the prior art.
以下、図面を参照しながら本考案の一体型ベーパーチャンバーの実施例を説明する。各図面における部品の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。明細書及び/又は請求の範囲に記載の専門用語は、当業者が理解する意味と同じ意味を有する。下記実施例において、同じ部品は、同じ符号で示す。本明細書において、「約」との用語は、数値又は範囲の±10%、±5%、±1%又は±0.5%を示し、即ち、誤差範囲内であることを示す。実施例以外の本明細書において、特に説明しない限り、範囲、数量、数値、及び百分率は、いずれも「約」で修飾されている。そのため、本明細書及び請求の範囲に記載の数値又はパラメータは、おおよその数値であり、需要に応じて変更できる。 Hereinafter, embodiments of the integrated vapor chamber of the present invention will be described with reference to the drawings. The dimensions of the parts in each drawing are enlarged or reduced as appropriate to facilitate understanding. Terms used in the specification and/or claims have the same meaning as would be understood by one of ordinary skill in the art. In the examples below, the same parts are denoted by the same reference numerals. As used herein, the term "about" indicates ±10%, ±5%, ±1% or ±0.5% of a value or range, ie within a margin of error. In this specification, other than in the examples, all ranges, quantities, numerical values, and percentages are modified by "about" unless stated otherwise. As such, any numerical values or parameters set forth in the specification and claims are approximations and may be changed as desired.
図1を参照しながら説明する。従来の電子部品(例えば、CPU又はGPU)の放熱モジュール10は、基板100、電子部品200、金属製保護ケース300、及びヒートシンク500を有する。放熱を向上させるために、発熱電子部品200を放熱グリス400を介して金属製保護ケース300に接着し、ヒートシンク500を放熱グリス400を介して金属製保護ケース300の外面に接着する。
Description will be made with reference to FIG. A conventional electronic component (eg, CPU or GPU)
電子部品の演算能力の向上に伴って従来の放熱モジュールによって有効に放熱できない場合が多い。放熱能力をさらに向上させるために、新世代の放熱モジュールは、対流放熱よりも数十倍の放熱効率を持つベーパーチャンバー600を備える。図2に示す従来の放熱モジュール20は、従来の放熱モジュールの金属製保護ケース300とヒートシンク500との間にベーパーチャンバー600を挿入し、ベーパーチャンバー600と金属製保護ケース300又はヒートシンク500との間に放熱グリス400を塗布してそれらをしっかりと接着させる。しかしながら、従来の放熱モジュールと比べて、放熱システムにおいて熱伝導率が低い放熱グリス400をさらに1層追加したために、熱抵抗が増加し、システム全体としての放熱効率を発揮できない。
As the computing power of electronic components improves, it is often the case that conventional heat dissipation modules cannot effectively dissipate heat. In order to further improve the heat dissipation capability, the new generation heat dissipation module is equipped with a
図3を参照しながらを説明する。熱抵抗の増加を回避するためのもう1種類の放熱モジュール30は、ベーパーチャンバー600をそのまま放熱グリス400を介して電子部品200に接着し、電子部品200から熱が発生する場合、熱が放熱グリス400を介して放熱効率が高いベーパーチャンバー600に伝わる。ベーパーチャンバー600が熱を吸収すると、その内部空間の作動流体が急速に気化して蒸気を形成し、蒸気が急速に上昇し、ヒートシンク500に接続されるベーパーチャンバー600の上部の冷たい表面に接触して凝結し、その相変化によって大量の熱を放出する。前記大量の熱が放熱グリス400を介してヒートシンク500に伝わって、さらに空気対流によって放熱する。前記方法の問題点としては、一般的なベーパーチャンバー600の総厚さが約3mmであるため、純銅等の柔らかい材料で製作したベーパーチャンバー600を長期間使用すると変形や反りが生じやすい。その場合、電子部品200及びベーパーチャンバー600が緊密にフィットできなくなり、熱を効率的に伝導できず、熱抵抗が増加する。前記問題点を鑑みて、本考案の考案者は、冷間鍛造によって高硬度且つ形状変化に耐えるベーパーチャンバーを製造し、さらにベーパーチャンバーのボトムカバーの吸熱表面に電子部品を収容するための空間を設けて電子部品200を包み込み、放熱効率を向上させる。
Description will be made with reference to FIG. Another type of
図4及び図5A~図5Bを参照しながら本考案の1つの実施例の一体型ベーパーチャンバー80説明する。前記一体型ベーパーチャンバー80は、金属製トップカバー800、金属製ボトムカバー900、作動空間1020、吸引チャンネル1080、毛細管構造1040、及び作動流体を有する。金属製トップカバー800は、放熱外面810及び凝縮内面820を有する。凝縮内面820の周辺に適切な高さを有するトップフレーム880が設けられる。トップフレーム880は、トップチャンネル881溝を有する。凝縮内面820は、互いに平行に配置される複数の上溝830、及び溝同士の間に突出した複数の支持構造840を有する。金属製ボトムカバー900は、吸熱外面910及び蒸発内面920を有する。吸熱外面910は、発熱部品を収容するための少なくとも1つの凹部940を有する。蒸発内面920の周辺に適切な高さを有するボトムフレーム980が設けられる。ボトムフレーム980は、ボトムチャンネル981溝を有する。蒸発内面920は、互いに平行に配置される複数の下溝930を有する。作動空間1020は、金属製トップカバー800のトップフレーム880と金属製ボトムカバー900の前記ボトムフレーム980を接合することで形成される気密空間である。金属製トップカバー800の凝縮内面820と金属製ボトムカバー900の蒸発内面920とが互いに対面する。上溝830及び下溝930は、互いに対応するように配置される。前記複数の支持構造840は、凝縮内面820から突出延伸して蒸発内面920の下溝930同士の間に当接し、作動空間1020を支持する。吸引チャンネル1080は、トップチャンネル溝881とボトムチャンネル溝981を接合することで形成され、作動空間1020の空気を吸引する。毛細管構造1040は、下溝930内に位置する。作動流体は、作動空間1020及び毛細管構造1040に存在する。1つの実施例において、前記一体型ベーパーチャンバー80のトップフレーム880及びボトムフレーム980は、溶接溝1010をさらに有する。溶接溝1010は、金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900を溶接接続してベーパーチャンバー80を形成するために用いられる。
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図6A及び図6Bを参照しながら本考案の一体型ベーパーチャンバーの金属製トップカバー800を説明する。本実施例において、本考案の一体型ベーパーチャンバーの特徴としては、前記金属製トップカバーの形状及び構造にある。例えば、焼結又は接合ではなく、1枚の金属シートをそのまま冷間鍛造して支持構造を形成し、即ち、1枚の金属シートを前記形状及び構造に一体鍛造し、さらにCNC加工で仕上げることで、金属製トップカバーを形成する。詳しく説明すると、本実施例の一体型ベーパーチャンバーの金属製トップカバー800の凝縮内面820の複数の支持構造840は、金属製トップカバー800を成形してから焼結接合するものではなく、成形後に焼結して凝縮内面820に接合するものでもなく、冷間鍛造によってそのまま凝縮内面820に形成され、金属製トップカバー800の凝縮内面820と一体となるものである。
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図7A及び図7Bを参照しながら本考案の一体型ベーパーチャンバーの金属製ボトムカバー900を説明する。本実施例において、本考案の一体型ベーパーチャンバーの特徴としては、前記ボトムカバーの形状及び構造にある。1枚の金属シートをそのまま冷間鍛造することで金属製ボトムカバー900、吸熱外面910、及び凹部940を形成し、さらにCNC加工で仕上げる。プレス加工の場合、金属シートの片面に凹部が形成され、その反対面に突起部が形成される。それに対し、冷間鍛造で製作した金属製ボトムカバー900の吸熱外面910の凹部940は、吸熱外面910から蒸発内面920に向かって凹むが、対応の蒸発内面920から突出しない。
The
本考案の一体型ベーパーチャンバーの一体成形されたトップカバーを製造する方法は、エッチングプロセス又は複合加工プロセス(例えば、プレス機及びフライス盤を利用する複合プロセス)を行って、さらに焼結する方法が挙げられる。エッチングプロセスは、より複雑な構造を形成できて、従来の加工プロセスでは製造が困難な製品に使用されるが、時間がかかり、加工表面が平滑ではないため二次加工が必要である問題点がある。複合加工プロセスは、大体従来の方法を使用するため、新しく開発しなくても生産できるが、多くの工程数を要し、生産時間が長くなる問題点がある。 The method of manufacturing the integrally molded top cover of the integral vapor chamber of the present invention includes a method of performing an etching process or a combined machining process (e.g., a combined process using a press and a milling machine) followed by sintering. be done. The etching process can form more complicated structures and is used for products that are difficult to manufacture with conventional processing, but it takes time and the processed surface is not smooth, so secondary processing is required. be. Since the compound machining process uses a conventional method, it can be produced without new development, but it requires a large number of processes and a long production time.
本考案の一体型ベーパーチャンバーは、冷間鍛造によって金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900の形状及び構造を形成する。エッチングプロセス又は複合加工プロセスと異なり、冷間鍛造は、加工する金属シート(又は金属ブロック)を雌型に設置し、室温で雄型で連続的に鍛造成形する。前記冷間鍛造の鍛造工程において、プレスプロセスのように金属を加熱軟化、アニールする必要がないため、鍛造後の金属の内部の結晶粒構造にアニールによる細孔及び粗大化が存在せず、熱伝導率の低下を避けることができる。また、加熱工程がないため、冷間鍛造で加工した金属の内部の結晶粒構造が高密度を維持し、内部ボイド等の欠陥を減少できる。鍛造した金属は、その表面が平滑であり、高剛性及び高密度を有し、電子部品との密着性が高いため、接触不良による熱抵抗を低減できる。また、測定したところ、鍛造後の金属は、鍛造前の金属より高い熱伝導率及び熱拡散率を有する。即ち、本考案の一体型ベーパーチャンバーの放熱効率は、従来のものより優れる。
The integrated vapor chamber of the present invention forms the shape and structure of the
本考案の1つの実施例の一体型ベーパーチャンバーの前記金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900は、熱伝導率及び熱拡散率が高い金属シート(例えば、純銅)を冷間鍛造して上記構造に一体成形させる。
The
他の実施例において、前記一体型ベーパーチャンバーの金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900は、熱伝導率及び熱拡散率が高い純銅で製作される。冷間鍛造で製作した金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900のビッカース硬さは、約90HV~120HV、例えば、約95HV~120HV、100HV~120HV、105HV~120HV、110HV~120HV、115HV~120HV、好ましいは115HV~117HVである。
In another embodiment, the
他の実施例において、前記一体型ベーパーチャンバーの金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900は、熱伝導率及び熱拡散率が高い純銅で製作される。冷間鍛造で製作した金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900の熱伝導率は、約400W/(m∙K)~430W/(m∙K)、例えば、約405W/(m∙K)~430W/(m∙K)、410W/(m∙K)~430W/(m∙K)、好ましいは420W/(m∙K)~430W/(m∙K)である。
In another embodiment, the
他の実施例において、前記一体型ベーパーチャンバーの金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900は、熱伝導率及び熱拡散率が高い純銅で製作される。冷間鍛造で製作した金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900の熱拡散率は、約90mm2/sec~120mm2/sec、例えば約95mm2/sec~120mm2/sec、100mm2/sec~120mm2/sec、105mm2/sec~120mm2/sec、110mm2/sec~120mm2/sec、115mm2/sec~120mm2/sec、好ましいは115mm2/sec~117mm2/secである。
In another embodiment, the
上記ビッカース硬さ、熱伝導率、及び熱拡散率等の数値は、純銅を冷間鍛造した後の物理的特性であり、その他の加工手段によって形成した材料の特性と異なる。即ち、特定の熱伝導率及び熱拡散率の範囲も、本考案の技術的特徴の1つである。本考案の一体型ベーパーチャンバーの1つの実施例において、前記一体型ベーパーチャンバーの金属製トップカバー800及び金属製ボトムカバー900は、純銅で製作される。サードパーティの測定機関(YUANHE社)を依頼して冷間鍛造後の材料特性(熱伝導率及び熱拡散率等の物理的特性)を測定し、従来の複合加工プロセス(従来のプレスプロセス及びCNCプロセスの組み合わせ)後の材料特性と比較し、その結果を表1に示す。
[表1]
The values of Vickers hardness, thermal conductivity, thermal diffusivity, etc. are physical properties of pure copper after cold forging, and are different from properties of materials formed by other processing means. That is, the specific thermal conductivity and thermal diffusivity ranges are also one of the technical features of the present invention. In one embodiment of the integrated vapor chamber of the present invention, the
[Table 1]
表1から分かるように、冷間鍛造で製作した一体型ベーパーチャンバーは、冷間鍛造の特性を生かし、従来の複合加工より優れた放熱特性を有する。それらの物理的特性の向上度合いは、冷間鍛造での鍛造回数及び打つ力加減に関連し、鍛造回数が多く、打つ力が強いほど上記各数値が高くなる。そのため、冷間鍛造した後の数値は、従来の加工より優れる。 As can be seen from Table 1, the integrated vapor chamber manufactured by cold forging has better heat dissipation characteristics than the conventional composite processing, taking advantage of the characteristics of cold forging. The degree of improvement in these physical properties is related to the number of forgings and the degree of striking force in cold forging. Therefore, the numerical value after cold forging is superior to that of conventional processing.
図8A及び図8Bを参照しながら本考案の一体型ベーパーチャンバーの他の実施例の金属製ボトムカバー901を説明する。金属製ボトムカバー901の吸熱外面910は、複数の凹部940をさらに有する。前記複数の凹部940は、複数の電子部品を収容するために吸熱外面910から蒸発内面920に向かって凹むが、蒸発内面920から突出しない。図9を参照しながら本考案の一体型ベーパーチャンバーの他の実施例の金属製ボトムカバー901を説明する。図9に示すように、前記複数の凹部940は、同じ又は異なる形状及び容積を有する。基板上のチップ群の各小型チップの大きさ及び形状に応じて、同じ又は異なる形状及び体積を有する複数の電子部品、例えば、5Gサーバーチップ群の一体型ベーパーチャンバー(図8Aに示す)を同時に収容できる複数の凹部940をカスタマイズして製作する。電子部品と吸熱外面910との間に熱伝導率が高い熱伝導率材料(例えば、放熱グリス又はグラファイトシート)を追加することで、接触面に存在するわずかな凹凸による熱抵抗を減らし、外部の電子部品を吸熱外面910の複数の凹部940に収容する時に電子部品が吸熱外面910に密着し、放熱効率を向上させる。本考案の一体型ベーパーチャンバーのいずれかの実施例において、金属製ボトムカバー900及び901は、冷間鍛造によって一体鍛造される。1つの実施例において、熱伝導率及び熱拡散率が高い純銅を冷間鍛造によって一体鍛造して製作した純銅の金属製ボトムカバーは、その硬さ及び剛性が従来の加工プロセスで製造したものより高く、変形しにくい。
A
本考案の一体型ベーパーチャンバーの実施例において、前記支持構造は、柱状である。 In an embodiment of the integrated vapor chamber of the present invention, the support structure is columnar.
本考案の一体型ベーパーチャンバーの実施例において、前記作動流体は、純水である。 In an embodiment of the integrated vapor chamber of the present invention, the working fluid is pure water.
本考案の一体型ベーパーチャンバーの実施例において、前記作動空間の気圧は、1×10-3Torr以下、1×10-4Torr以下、好ましくは1×10-5Torrである。 In an embodiment of the integrated vapor chamber of the present invention, the air pressure in the working space is below 1×10 −3 Torr, below 1×10 −4 Torr, preferably below 1×10 −5 Torr.
本考案は、上記各実施例に限定されない。上記実施例の一体型ベーパーチャンバーに基づいてなされた均等的変更は、本考案に含む。 The present invention is not limited to the above embodiments. Equivalent modifications made on the basis of the integral vapor chamber of the above embodiment are included in the present invention.
なお、電子製品の薄型化のために、放熱モジュールは、ベーパーチャンバーと電子部品との間に加金属製保護ケースを追加する場合が多い。ベーパーチャンバーは、その厚さが約3mm程度であり、一般的には、熱伝導率が高く、且つ柔らかい純銅で製作される。長時間の高温での変形によって放熱効率に影響を与える可能性があるため、一般的には、金属製保護ケースは、剛性が高く、熱伝導効率が純銅より低いアルミニウム-マグネシウム合金で製造される。金属製保護ケースは、熱を放熱グリスを介してベーパーチャンバーに伝わって放熱させる。それに対し、本考案の一体型ベーパーチャンバーは、金属製保護ケースの置換として金属製ボトムカバーを有するため、アルミニウム-マグネシウム合金及び放熱グリスの熱抵抗を排除できる。よって、従来の放熱モジュールより優れた放熱効率を有する。また、他の従来の加工方法と比べて、冷間鍛造は、材料の結晶粒構造が高密度を維持し、内部ボイド等の欠陥を減少できる。このように製作した材料は、より高い強度、変形耐性、疲労耐性等の優れた機械的性質を有し、熱伝導効率及び熱拡散効率を向上させる。製作した一体型ベーパーチャンバーは、類似構造の放熱モジュールより優れた放熱効率、耐久性、信頼性を有する。 In addition, in order to make the electronic product thinner, the heat dissipation module often adds a protective case made of additive metal between the vapor chamber and the electronic component. The vapor chamber has a thickness of about 3 mm and is generally made of pure copper, which has high thermal conductivity and is soft. Because deformation at high temperature for a long time may affect heat dissipation efficiency, metal protective cases are generally made of aluminum-magnesium alloy, which has high rigidity and lower heat conduction efficiency than pure copper. . The metal protective case conducts heat to the vapor chamber through the heat dissipation grease to dissipate the heat. In contrast, the integrated vapor chamber of the present invention has a metal bottom cover instead of the metal protective case, thus eliminating the thermal resistance of the aluminum-magnesium alloy and thermal grease. Therefore, the heat dissipation efficiency is better than that of the conventional heat dissipation module. Also, compared to other conventional processing methods, cold forging allows the grain structure of the material to remain denser and reduce defects such as internal voids. The material thus produced has excellent mechanical properties such as higher strength, deformation resistance, fatigue resistance, etc., and improves heat conduction efficiency and heat diffusion efficiency. The manufactured integrated vapor chamber has better heat dissipation efficiency, durability and reliability than heat dissipation modules of similar structure.
上記から分かるように、本考案は、従来技術より優れた効果を有し、当業者が容易に想到できるものではない。そのため、進歩性及び産業上の利用可能性を有する。 As can be seen from the above, the present invention has advantages over the prior art, which cannot be easily conceived by those skilled in the art. Therefore, it has inventive step and industrial applicability.
本考案は、上記内容に限定されない。本考案の精神及び範囲に基づいてなされた均等的変更は、いずれも本考案に含む。 The present invention is not limited to the above contents. All equivalent changes made within the spirit and scope of the present invention are included in the present invention.
10、20、30 従来技術の放熱モジュール
80 一体型ベーパーチャンバー
100 基板
200 電子部品
300 金属製保護ケース
400 放熱グリス
500 ヒートシンク
600 ベーパーチャンバー(従来技術)
800 金属製トップカバー
810 放熱外面
820 凝縮内面
830 上溝
840 支持構造
880 トップフレーム
881 トップチャンネル溝
900、901 金属製ボトムカバー
910 吸熱外面
920 蒸発内面
930 下溝
940 凹部
980 ボトムフレーム
981 ボトムチャンネル溝
1010 溶接溝
1020 作動空間
1040 毛細管構造
1080 吸引チャンネル
10, 20, 30 prior art
800 Metal
Claims (12)
前記金属製トップカバーは、放熱外面及び凝縮内面を有し、
前記凝縮内面の周辺に適切な高さを有するトップフレームが設けられ、
前記トップフレームは、トップチャンネル溝を有し、
前記凝縮内面は、互いに平行に配置される複数の上溝、及び前記溝同士の間に突出した複数の支持構造を有し、
前記金属製ボトムカバーは、吸熱外面及び蒸発内面を有し、
前記吸熱外面は、発熱部品を収容するための少なくとも1つの凹部を有し、
前記蒸発内面の周辺に適切な高さを有するボトムフレームが設けられ、
前記ボトムフレームは、ボトムチャンネル溝を有し、
前記蒸発内面は、互いに平行に配置される複数の下溝を有し、
前記作動空間は、前記金属製トップカバーの前記トップフレームと前記金属製ボトムカバーの前記ボトムフレームを接合することで形成される気密空間であり、
前記金属製トップカバーの前記凝縮内面と前記金属製ボトムカバーの前記蒸発内面とが互いに対面し、
前記上溝及び前記下溝は、互いに対応するように配置され、
前記複数の支持構造は、前記凝縮内面から突出延伸して前記蒸発内面の前記下溝同士の間に当接し、前記作動空間を支持し、
前記毛細管構造は、前記下溝内に位置し、
前記作動流体は、前記作動空間及び前記毛細管構造に存在することを特徴とする、一体型ベーパーチャンバー。 having a metal top cover, a metal bottom cover, a working space, a capillary structure, and a working fluid,
the metallic top cover has a heat dissipating outer surface and a condensing inner surface;
a top frame having a suitable height is provided around the condensation inner surface;
the top frame has a top channel groove,
the condensing inner surface has a plurality of upper grooves arranged parallel to each other and a plurality of support structures protruding between the grooves;
the metallic bottom cover has an endothermic outer surface and an evaporative inner surface;
the heat-absorbing outer surface has at least one recess for receiving a heat-generating component;
A bottom frame having a suitable height is provided around the evaporation inner surface,
the bottom frame has a bottom channel groove,
The evaporation inner surface has a plurality of lower grooves arranged parallel to each other,
The working space is an airtight space formed by joining the top frame of the metal top cover and the bottom frame of the metal bottom cover,
the condensation inner surface of the metallic top cover and the evaporation inner surface of the metallic bottom cover face each other;
The upper groove and the lower groove are arranged to correspond to each other,
The plurality of support structures protrude from the condensation inner surface and abut between the lower grooves of the evaporation inner surface to support the working space;
The capillary structure is located within the lower groove,
An integrated vapor chamber, wherein the working fluid resides in the working space and the capillary structure.
前記金属製ボトムカバーは、金属シートを冷間鍛造によって一体的に鍛造されてなることを特徴とする、請求項1に記載の一体型ベーパーチャンバー。 The metal top cover and the support structure are formed by integrally forging a metal sheet by cold forging,
2. The integral vapor chamber of claim 1, wherein the metal bottom cover is integrally forged from a metal sheet by cold forging.
前記トップカバー及び前記ボトムカバーのビッカース硬度は、約90HV~120HVであることを特徴とする、請求項2に記載の一体型ベーパーチャンバー。 the metal sheet is pure copper;
3. The integrated vapor chamber of claim 2, wherein the Vickers hardness of said top cover and said bottom cover is about 90HV to 120HV.
前記トップカバー及び前記ボトムカバーの熱伝導率は、約400W/(m∙K)~430W/(m∙K)であることを特徴とする、請求項2に記載の一体型ベーパーチャンバー。 the metal sheet is pure copper;
3. The integrated vapor of claim 2, wherein the thermal conductivity of the top cover and the bottom cover is about 400W/(m∙K) to 430W/(m∙K). Chamber.
3. The integrated vapor chamber as claimed in claim 2, wherein the working space has a pressure of 1×10 −3 Torr or less.
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