TW201516370A

TW201516370A - 異質複合式導熱裝置及其製法

Info

Publication number: TW201516370A
Application number: TW102139238A
Authority: TW
Inventors: Sin-Wei He; Shyue-Sheng Wu; Jhong-Yan Chang; Wei-Han Huang
Original assignee: Forcecon Technology Co Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2015-05-01

Abstract

一種異質複合式導熱裝置及其製法，其就裝置結構面而言主要包括：一銅質蓋板，周側具一第一結合環面；一含鋁或鎂質蓋板，周側具一第二結合環面與銅質蓋板的第一結合環面相對應；一中空部，藉該銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間的預定間隙空間型態相對界定形成；一熱壓結合部，設於含鋁或鎂質蓋板的第二結合環面處，該熱壓結合部係在真空條件下藉由熱壓熔融型態結合於銅質蓋板的第一結合環面，以令中空部周邊呈環狀密合封閉且真空之型態；毛細組織，佈設定位於中空部內；支撐構件，設於中空部內且位於銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間，其型態為能夠撐持補強中空部的型態；工作液，容置於中空部內可受熱而轉變為氣相狀態；本發明所揭異質複合式導熱裝置，係可較習知導熱裝置達到簡化製程設備與製程工時、降低製造成本以及避免焊料污染等實用進步性與較佳產業經濟效益。

Description

異質複合式導熱裝置及其製法

本發明係涉及一種導熱裝置；特別是指一種異質複合式導熱裝置之創新結構型態與製法之創新發明揭示者。

按，本發明所指「導熱裝置」，係包含均溫板(或稱導熱板)以及扁熱管等屬於扁殼狀之導熱結構型態者。

扁殼狀導熱裝置就習知技術而言，其無論結構型態與製造方法於實際應用上仍舊存在以下問題與缺弊：習知扁殼狀導熱裝置就結構面而言，通常係藉由均為銅材的一基板與一蓋板經沖壓成罩殼狀之後，再予以對靠結合呈一中空扁殼狀型態，而該二者間因係相同材質，故必須採用真空擴散結合(Diffusion Bonding)或者硬焊結合(B razing Bonding)手段方可達成固定狀態，惟，其中所述真空擴散結合方式係存在加工時間長與高耗電等缺弊，且其必須在高溫(約780℃)條件下的施以長時間的高壓，才能使銅界面產生銅原子相互擴散而接合，故施作完成後基板與蓋板溫度相當高，必須歷經長時間才能回溫冷卻進行後續加工，因此亦有延宕製程之問題缺弊存在；而所述硬焊結合方式係利用銅界面高溫(約700℃)融熔焊料產生液相而將銅材相互接合，因此同樣存在前述高溫所存在的問題與缺弊，且此種硬焊結合方式更存在污染不環保的問題。

習知扁殼狀導熱裝置就製造方法步驟層面而言，請參第1圖所揭，其經過基板與蓋板沖壓成型步驟之後，內部毛細組織的部份係採用銅網排列或銅粉燒結等方式構成，接著通過前述真空擴散結合或硬焊結合步驟進行基板與蓋板的結合，此結合步驟必須在導熱裝置的一側預留一除氣管，接著透過該除氣管依序進行注入工作液、抽真空等步驟，最後必須再進行除氣管焊接封口步驟，如此方製成導熱裝置成品；承上述步驟，習知扁殼狀導熱裝置的整體製造過程實頗為複雜，必須通過多種不同的加工設備方可達成，如真空擴散結合方式必須通過真空熱壓擴散爐、高週波焊接機、注水機、真空除氣機、焊尾機等設備；而硬焊結合方式必須通過燒結爐、填料點膠機、高週波焊接機、注水機、真空除氣機、焊尾機等設備。

由上述說明可知，習知扁殼狀導熱裝置無論結構型態與製造方法，均有其未臻完善之處，實有再加以思索突破的必要。

是以，針對上述習知扁殼狀導熱裝置所存在之問題點，如何研發出一種能夠更具理想實用性之創新發明，實有待相關業界再加以思索突破之目標及方向者。

有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本創作之主要目的，係在提供一種異質複合式導熱裝置及其製法，其所欲解決之技術問題，係針對如何研發出一種更具理想實用性之新式導熱裝置結構及製法為目標加以思索創新突破。

本發明解決問題之技術特點，係在提供一種異質複合式導熱裝置，係包括：一銅質蓋板，為板片體型態，且銅質蓋板周側具一第一結合環面；一含鋁或鎂質蓋板，為板片體型態，且該含鋁或鎂質蓋板周側具一第二結合環面與銅質蓋板的第一結合環面相對應；一中空部，藉由該銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間的預定間隙空間型態相對界定形成；一熱壓結合部，設於含鋁或鎂質蓋板的第二結合環面處，該熱壓結合部係在真空條件下藉由熱壓熔融型態結合於銅質蓋板的第一結合環面，以令中空部周邊呈環狀密合封閉且真空之型態；毛細組織，佈設定位於中空部內；支撐構件，設於中空部內且位於銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間，其型態為能夠撐持補強中空部的型態；工作液，容置於中空部內可受熱而轉變為氣相狀態。

本發明之另一主要目的，係更提供一種異質複合式導熱裝置製法，係包括：藉一沖壓手段成型一銅質蓋板以及一含鋁或鎂質蓋板；對該銅質蓋板、含鋁或鎂質蓋板至少其中一者進行毛細組織的燒結或排列工序、工作液的注入工序以及支撐構件的排列成型工序；將該銅質蓋板、含鋁或鎂質蓋板置入一真空設備中，且令銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間藉由預定的熱壓結合部達到環狀對位靠合狀態；於該真空設備中通過一熱壓手段令該含鋁或鎂質蓋板的環狀熱壓結合部溫度達到熔點熔解而與銅質蓋板之間於共晶溫度達成環狀局部結合固定狀態，同時達成銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間內部空間的除氣真空狀態；藉一冷卻手段，對該結合固定的銅質蓋板與鋁或鎂質蓋板進行冷卻以回復至常溫狀態。

本發明之主要效果與優點，係可較習知導熱裝置達到簡化製程設備與製程工時、降低製造成本以及避免焊料污染等實用進步性與較佳產業經濟效益。

A‧‧‧異質複合式導熱裝置

10‧‧‧銅質蓋板

11‧‧‧第一結合環面

20‧‧‧含鋁或鎂質蓋板

21‧‧‧第二結合環面

30‧‧‧中空部

40、40B‧‧‧熱壓結合部

41‧‧‧倒勾部

42‧‧‧熱壓介面

50‧‧‧毛細組織

60‧‧‧支撐構件

70‧‧‧工作液

80‧‧‧高週波熱壓裝置

81‧‧‧真空設備

90‧‧‧液冷式裝置

第1圖係習知扁殼狀導熱裝置之製造方法步驟文字方塊圖。

第2圖係本發明異質複合式導熱裝置結構較佳實施例之立體外觀圖。

第3圖係本發明異質複合式導熱裝置結構較佳實施例之組合剖視圖。

第4圖係本發明之熱壓結合部型態另一實施例圖。

第5圖係承第4圖實施例中之熱壓結合部成型示意圖。

第6圖係本發明異質複合式導熱裝置製法步驟示意圖一。

第7圖係本發明異質複合式導熱裝置製法步驟示意圖二。

第8圖係本發明異質複合式導熱裝置製法步驟示意圖三。

第9圖係本發明異質複合式導熱裝置製法步驟示意圖四。

第10圖係本發明異質複合式導熱裝置製法步驟示意圖五。

第11圖係本發明異質複合式導熱裝置製法步驟示意圖六。

請參閱第2、3圖所示，係本發明異質複合式導熱裝置及其製法之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制；所述異質複合式導熱裝置A就結構面而言，係包括下述構成：一銅質蓋板10，為一板片體型態，且該銅質蓋板10周側具有一第一結合環面11；一含鋁或鎂質蓋板20，為一板片體型態，且該含鋁或鎂質蓋板20周側具有一第二結合環面21與銅質蓋板10的第一結合環面11相對應；一中空部30，藉由該銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間的預定間隙空間型態(如形成內凹面)相對界定形成；一熱壓結合部40，設於含鋁或鎂質蓋板20的第二結合環面21處，該熱壓結合部40係藉由熱壓熔融(可採用高週波熱壓方式)型態結合於銅質蓋板10的第一結合環面11，以令該中空部30的周邊呈環狀密合封閉且真空之型態；毛細組織50，佈設定位於中空部30內；支撐構件60，設於中空部30內且位於銅質蓋板10與含鋁或鎂質蓋板20之間，其型態係能夠撐持補強該中空部30的型態；工作液70，容置於中空部30內，可受熱而轉變為氣相狀態。

其中，該中空部30的周邊係為無留設除氣管的環狀密合封閉真空型態。

如第2、3圖所示，其中該熱壓結合部40可為自該含鋁或鎂質蓋板20的第二結合環面21外周曲摺延伸且形成一倒勾部41之實施型態，該倒勾部41係能扣壓於銅質蓋板10所設第一結合環面11而達成結合固定狀態。

另如第4圖所示，其中該熱壓結合部40B亦可為一體形成於該含鋁或鎂質蓋板20所設第二結合環面21上之凸環緣型態，該凸環緣的上端面係形成一熱壓介面42。藉此，異質複合式導熱裝置A於製程中施以熱壓手段過程中，高週波熱壓裝置80係僅針對該熱壓結合部40的熱壓介面42施以熱壓作用使其達到熔點熔解，當溫度達到共晶點時，該凸環緣型態的熱壓結合部40會熔解(如第5圖所示)結合固定於銅質蓋板10的第一結合環面11。

其中，該毛細組織50係可為銅粉燒結型態(如第3圖所示)或銅網排列型態(圖面省略繪示)。

其中，該支撐構件60係可為金屬管體或柱體(請參第3圖所示)、銅板或鋁、鎂板一體沖壓形成的凸緣、毛細組織一體形成的支撐體等任一種實施形態者。(註：其它實施形態之圖面省略繪示)

其中，該含鋁或鎂質蓋板20係包含鋁合金板材或鎂合金板材。

接著，就本發明所揭異質複合式導熱裝置A的製法而言，係包括下述步驟：藉一沖壓手段成型一銅質蓋板10以及一含鋁或鎂質蓋板20(參第6圖所示)；同第6圖所示，對該銅質蓋板10、含鋁或鎂質蓋板20至少其中一者進行毛細組織50的燒結或排列工序、工作液70的注入工序以及支撐構件60的排列成型工序；如第7圖所示，將該銅質蓋板10、含鋁或鎂質蓋板20置入一真空設備81中，且令該銅質蓋板10與含鋁或鎂質蓋板20之間藉由預定的熱壓結合部40達到環狀對位靠合狀態；如第7、8、9、10圖所示，於該真空設備81中通過一熱壓手段(可為一高週波熱壓裝置80)令該含鋁或鎂質蓋板20的環狀熱壓結合部40溫度達到熔點熔解而與銅質蓋板10之間於共晶溫度達成環狀局部結合固定狀態，同時達成銅質蓋板10與含鋁或鎂質蓋板20之間內部空間的除氣真空狀態；(註：第7圖中之箭號L1所示即為該真空設備81進行抽真空之動作示意)

如第10、11圖所示，藉一冷卻手段(可為一液冷式裝置90)，對該結合固定的銅質蓋板10與鋁或鎂質蓋板20進行冷卻以回復至常溫狀態。至此即可製成該異質複合式導熱裝置A(整體型態請參第2、3圖所示)；藉此，相較於習知銅質與銅質之熱壓手段而言，能夠達到低溫低壓共晶結合以及冷卻更加快速之功效。

其中，所述熱壓手段係可為一高週波熱壓手段，該真空設備81則可為一真空高週波熱壓機。所述真空高週波熱壓機的結構設計上係兼具有抽真空機構與高週波熱壓裝置。

其中，所述熱壓手段令含鋁或鎂質蓋板達到熔點之溫度係介於582至660℃之間或介於565至645℃之間，其中該銅、鋁之共晶點熔解溫度係介於545℃至550℃之間，銅、鎂之共晶點熔解溫度係介於483℃ 至487℃之間。

本發明之優點：本發明所揭「異質複合式導熱裝置及其製法」之技術特徵，主要在於所述材質相異的銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板結合環面之間，係利用所述熱壓結合部在真空條件下藉由高週波熱壓熔融型態結合封閉之結構型態，以及製程上該銅質蓋板及含鋁或鎂質蓋板係先進行毛細組織燒結或排列工序、工作液注入工序及支撐構件排列成型工序之後，再於真空設備中通過熱壓手段令含鋁或鎂質蓋板的環狀熱壓結合部熔解而與銅質蓋板達成環狀局部結合固定狀態，同時達成銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之間內部除氣真空狀態等技術特徵，使得本發明對照【先前技術】中所提習知結構與製程而言，因本發明異質複合式導熱裝置之含鋁或鎂質蓋板所設熱壓結合部相較於銅質蓋板具有較低熔點，故製程上採用施作溫度較低且使用成本亦較低的高週波熱壓裝置即可達成銅質蓋板與含鋁或鎂質蓋板之結合固定；另一方面，本發明之熱壓結合部係結合於銅質蓋板的第一結合環面，令中空部周邊係呈現無留設有除氣管的環狀密合封閉真空型態，此特徵亦有別於習知結構；又本發明於製程上係先對銅質蓋板、含鋁或鎂質蓋板進行毛細組織燒結或排列工序、工作液注入工序及支撐構件排列成型工序，然後再將銅質蓋板、含鋁或鎂質蓋板置入真空設備中通過熱壓手段進行含鋁或鎂質蓋板與銅質蓋板結合固定，同時達成除氣真空狀態的製程步驟特徵，俾可於單一製程中同時完成蓋板結合與除氣抽真空等工序，達到簡化製程、工時與設備數量之優點，且無須焊接工序，本發明異質複合式導熱裝置的整體成型製程所須設備僅需採用燒結爐、注水機及真空高週波熱壓機，較之習知技術而言，至少可省略真空熱壓擴散爐、高週波焊接機、焊尾機等設備；再者，由於本發明於製程上能夠採用較低熱壓溫度(註：較習知約可降低100至200℃)，故更可大幅縮短後續冷卻製程所須工時，令製程更有效率；綜合上述分析說明可知，本發明整體技術特徵確可達到簡化製程設備與製程工時、降低製造成本以及避免焊料污染等實用進步性與較佳產業經濟效益。

上述實施例所揭示者係藉以具體說明本發明，且文中雖透過特定的術語進行說明，當不能以此限定本發明之專利範圍；熟悉此項技術領域之人士當可在瞭解本發明之精神與原則後對其進行變更與修改而達到等效之目的，而此等變更與修改，皆應涵蓋於如后所述之申請專利範圍所界定範疇中。