TW201638547A

TW201638547A - 相變化型散熱器及其製作方法

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Publication number: TW201638547A
Application number: TW104112289A
Authority: TW
Inventors: 麥爾喬治; 文興華; 謝明魁; 陳介平
Original assignee: 索士亞科技股份有限公司
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-11-01
Also published as: TWI563238B

Abstract

本發明係關於一種相變化型散熱器及其製作方法，散熱器包括本體、毛細結構及工作流體，毛細結構係由多數金屬粉末以噴塗方式並且經燒結固化而形成在該本體的內壁面；工作流體填注在該本體內。藉此，不僅可使毛細結構密貼在本體，更能夠有效地防止毛細結構的受損，進行提昇相變化型散熱器的導熱效能。

Description

相變化型散熱器及其製作方法

【0001】

本發明係有關一種相變化型散熱器，尤指一種涉及相變化型散熱器及製作該散熱器的方法。

【0002】

隨著處理器等電子發熱源的運算速度不斷提昇，其所產生的發熱量亦越來越高，為了有效地解決此高發熱量的問題，業界已將具有良好導熱特性的熱管(heat pipe)或均溫板等相變化型散熱器進行廣泛性的使用，然而此等熱管不論是其本身的導熱效能、製作方法和製作設備皆存在有尚待加以改善的空間。

【0003】

習知製作熱管的一種方式是先備具一中空管體及一編織網，次將編織網捲曲後置入中空管體的內部。在此種製法中由於被置入中空管體內的編織網，並不能夠密合的貼接在中空管體的內壁面上，導致冷凝後的液體在回流的過程中常會發生不連續或延遲等不良情況。

【0004】

另一種製作熱管的方式則是將一芯棒插入一中空管體內，次將金屬粉末倒入中空管體和芯棒所形成的空間中，繼之對前述的半成品進行燒結加工，最後再將芯棒抽出而在中空管體的內壁形成有毛細結構。此種製法雖然可以改善前述製法的問題點，但是經過燒結製程後因為熱熔固結，不僅讓芯棒不易從中空管體內抽出，且在芯棒抽出的過程中亦會令毛細結構產生損壞崩裂等現象，如此皆將導致熱管的導熱效能不彰，亟待加以改善者。

【0005】

本發明之一目的，在於提供一種相變化型散熱器及製作該散熱器的方法，其不僅可使毛細結構密貼在本體的內壁，更能夠有效地防止毛細結構的受損，進行提昇相變化型散熱器的導熱效能。

【0006】

為了達成上述之目的，本發明係提供一種相變化型散熱器製作方法，其方法步驟包括:a)備具一本體；b)將多數金屬粉末以一噴塗方式形成在該本體的內壁面；以及c)對各該金屬粉末施以一燒結固化而形成有一毛細結構。

【0007】

為了達成上述之目的，本發明係提供一種相變化型散熱器，包括一本體、一毛細結構及一工作流體，該毛細結構係由多數金屬粉末以噴塗方式並且經燒結固化而形成在該本體的內壁面；該工作流體填注在該本體內。

【0008】

本發明還具有以下功效，藉由噴塗方式來形成毛細結構，不僅製作過程簡易迅速且品質亦相當的穩定，且對於各種複雜形狀的毛細結構皆可輕易的製出。

【0042】

1、1a、1c‧‧‧相變化型散熱器

【0043】

1b‧‧‧扁平相變化型散熱器

【0044】

10、10c‧‧‧本體

【0045】

101‧‧‧底板

【0046】

102‧‧‧蓋板

【0047】

20‧‧‧毛細結構

【0048】

21‧‧‧凸肋

【0049】

22‧‧‧槽溝

【0050】

23‧‧‧氣體通道

【0051】

5‧‧‧散熱器製作設備

【0052】

51‧‧‧承載機構

【0053】

511‧‧‧基座

【0054】

512‧‧‧導槽

【0055】

513‧‧‧置放台

【0056】

514‧‧‧導塊

【0057】

515‧‧‧凹槽

【0058】

516‧‧‧置放平板

【0059】

52‧‧‧驅動機構

【0060】

521‧‧‧旋臂

【0061】

522‧‧‧馬達

【0062】

523‧‧‧上滾輪

【0063】

524‧‧‧下滾輪

【0064】

53‧‧‧噴塗機構

【0065】

531‧‧‧移動座

【0066】

532‧‧‧噴塗組件

【0067】

533‧‧‧噴頭部

【0068】

534‧‧‧噴嘴

【0069】

535‧‧‧粉末供給器

【0070】

54‧‧‧燒結機構

【0071】

541‧‧‧雷射頭

【0072】

6‧‧‧導熱板

【0073】

7‧‧‧散熱片

【0074】

8‧‧‧固定座

【0075】

a-g‧‧‧步驟

【0009】

圖1係本發明相變化型散熱器的製作流程圖。

【0010】

圖2係本發明散熱器製作設備和散熱器的立體分解圖。

【0011】

圖3係本發明散熱器製作設備和相變化型散熱器的組合示意圖。

【0012】

圖4係本發明散熱器製作設備和相變化型散熱器之另一視角組合示意圖。

【0013】

圖5係本發明散熱器製作設備和相變化型散熱器的使用狀態剖視圖。

【0014】

圖6係本發明相變化型散熱器的局部示意圖。

【0015】

圖7係本發明相變化型散熱器之另一實施例的局部示意圖。

【0016】

圖8係本發明相變化型散熱器之又一實施例的立體外觀圖。

【0017】

圖9係本發明相變化型散熱器和製作設備的使用狀態剖視圖。

【0018】

圖10係本發明相變化型散熱器表面形成導熱板的組合剖視圖。

【0019】

圖11係本發明相變化型散熱器表面形成散熱片的組合剖視圖。

【0020】

圖12係本發明相變化型散熱器表面形成固定座的組合剖視圖。

【0021】

圖13係本發明相變化型散熱器之再一實施例與製作設備的組合剖視圖。

【0022】

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

【0023】

本發明係提供一種相變化型散熱器及製作該相變化型散熱器的方法，請參閱圖1所示，本實施例的相變化型散熱器為一熱管(Heat Pipe)，其中方法步驟包括:

【0024】

a)備具一本體10；請參閱圖2所示，在此步驟中的本體10為以銅或銅合金等延展性佳的金屬材料所製成，其大致呈一長條狀管體，且本體10的剖斷面呈一圓形。

【0025】

b)將多數金屬粉末以一噴塗方式形成在該本體10的內壁面；

【0026】

在此步驟中必須透過一散熱器製作設備5來進行加工，請一併參閱圖2至圖5所示，其中散熱器製作設備5包括一承載機構51、一驅動機構52及一噴塗機構53。

【0027】

承載機構51包含一基座511及一置放台513，在基座511的中間位置開設有一導槽512，此導槽512呈一鳩尾形。置放台513的底部延伸有與導槽512相互嵌固配合的一導塊514，另在置放台513上部形成有一凹槽515，此凹槽515呈一半圓弧形。

【0028】

驅動機構52包含一旋臂521、一馬達522、一上滾輪523及二下滾輪524(如圖4所示)，旋臂521的一端固定在置放台513上，另一端則形成在凹槽515的上方位置，馬達522連接上滾輪523並共同安裝在旋臂521的另一端，馬達522是用以驅動上滾輪523旋轉且兩者可相對於旋臂521作上下移動或前後擺動，以提供前述的本體10可以置入凹槽515內，二下滾輪524則設置在凹槽515內，藉以利用上滾輪523和各下滾輪524來令本體10產生旋轉。

【0029】

噴塗機構53可為三維(3D)噴塗機或三維(3D)列印機，其包含一移動座531及連接在移動座531的一噴塗組件532，其中移動座531是可以透過馬達等驅動器(圖未示出)的驅動而在前述的導槽511內自由地前後移動，噴塗組件532包含一噴頭部533、連通噴頭部533的一粉末供給器535及控制器等相關元件和裝置，噴頭部533的前端具有一噴嘴534。

【0030】

c)對各該金屬粉末施以一燒結固化而形成一毛細結構20。

【0031】

在此步驟中，前述的散熱器製作設備5更包括一燒結機構54，其可為一雷射燒結機，具有固定在噴塗組件532的噴頭部533上的一雷射頭541。

【0032】

操作時是先將所要燒結的毛細結構20的圖形輸入噴塗機構53中，次將本體10置於上滾輪523和各下滾輪524之間，藉由馬達522的驅動而令上滾輪523產生旋轉，旋轉的上滾輪523將帶動本體10和各下滾輪524一起旋轉。此時可將噴頭部533伸入本體10的內部，並藉助粉末供給器535和控制器的共同配合，以令噴嘴534噴出金屬粉末並附著在本體10的內壁面，利用移動座531透過馬達的驅動而在導槽512內向後移動來進行製作，同時藉由燒結機構54的雷射頭541所發出的雷射光來對金屬粉末進行加熱燒結而固化形成一毛細結構20。

【0033】

其中步驟b)的噴塗方式和步驟c)中的燒結固化為採用分段方式來對本體10進行加工，即先以噴頭部533對應於本體10的正下方位置做金屬粉末的噴塗一段距離或區域後，再以雷射頭541對應於前述噴塗的金屬粉末做燒結固化加工；繼之，藉助移動座531在導槽512內往後移動一段距離後，再重覆前述的噴塗和燒結來完成整支本體10的加工。其中噴塗位置位在本體10正下方處利於粉末的堆積及可避免粉末受重力的影響而產生滑落等不良情況。

【0034】

此外，步驟b)中的噴塗方式可採用周向噴塗或軸向直線移動來達成，其中周向噴塗即是在本體10被上滾輪523和各下滾輪524共同帶動旋轉的情況下，噴頭部533維持固定不動來對本體10的全圓周內壁噴塗粉末。軸向直線移動方式即是令本體10維持固定不動，噴頭部533藉助移動座531在導槽512內往後方移動，對本體10的圓周內壁噴塗粉末；繼之，再利用上滾輪523和各下滾輪524帶動本體10旋轉一定的角度後，再藉助移動座531的移動來噴塗粉末，進而完成全部的噴塗粉末的加工。

【0035】

本發明相變化型散熱器製作方法中，在步驟c)之後更包括一步驟d)，步驟d)將一工作流體填入該本體10並施以除氣和封口。

【0036】

依前述方法所製得的相變化型散熱器1，主要包括一本體10、一毛細結構20及一工作流體(圖未示出)，其中的毛細結構20為提昇其在金屬粉末時的附著力，可將金屬粉末和一黏著劑所混合攪拌。且毛細結構20是可以全面性的噴塗披覆在本體10的內壁面，亦或是局部性的噴塗披覆在本體10的內壁面，其中局部性的披覆方式又可以是僅形成在圓形本體10的下半圓弧面上，亦或是僅形成在本體10的前半段的內壁面上。此外，毛細結構20除了可以做為工作流體的輸送之外，還可以作為本體10的支撐結構，從而提昇其剛性強度。

【0037】

請參閱圖6至圖7所示，前述毛細結構20亦可以為一立體狀結構，其具有多數條的凸肋21，並在任二相鄰的凸肋21之間形成有一槽溝22，各槽溝22可以是平行於本體10的軸心線方向配設的相變化型散熱器1(如圖6所示)。各槽溝22亦可以非平行方式對應本體10的軸心線，如螺旋狀槽溝(圖未示出)。同理，毛細結構20亦可以是如圖7所示由多數條分隔形成的波浪狀凸條的相變化型散熱器1a。

【0038】

優選地，本發明的相變化型散熱器製作方法更包括一步驟e)，其是在步驟d)之後施行，步驟e)將該相變化型散熱器進行一壓扁加工而得到一扁平相變化型散熱器1b。請參閱圖8所示，在此步驟中是將完成前述步驟d)的相變化型散熱器1置於一平台上，並且以一壓具對相變化型散熱器1 進行壓扁加工，如此以得到一扁平相變化型散熱器1b。其中毛細結構20中的各金屬粉末的顆粒形狀和粗細可依實際的使用需求來進行選用，即是可採用相同粒度(particle size)的金屬粉末或不等粒度的金屬粉末來進行製作。另毛細結構20中的各凸肋21除了可以是實心結構外，亦可在其內部設置有多數的氣體通道23，此氣體通道23的斷面形狀可為圓形、矩形或其他幾何形狀。又，本體10的軸向長度大於毛細結構20的長度，以在本體10的首末端和毛細結構20的前後端面之間形成有提供給各氣體通道23和槽溝22相通的一熱交換區。優選地，本發明的相變化型散熱器製作方法更包括一步驟f)，其是在步驟e)之後施行，步驟f)將多數金屬粉末以另一噴塗方式形成在該扁平相變化型散熱器1b的外表面；請參閱圖9至圖12所示，在此步驟中是以一置放平板516來替換前述的置放台513，將扁平相變化型散熱器1b置設在置放平板516的各下滾輪524上方，並與前述的上滾輪523和馬達522相互配合，以讓扁平相變化型散熱器1b可在置放平板516上左右移動，搭配前述噴塗機構53的協同運作，而可在扁平相變化型散熱器1b的外表面分別形成有待燒結的一導熱板6(如圖10所示)、多數散熱片7(如圖11所示)或一固定座8(如圖12所示)。

【0039】

優選地，本發明的相變化型散熱器製作方法更包括一步驟g)，其是在步驟f)之後施行，對各該金屬粉末施以另一燒結固化而形成有一導熱板6(如圖10所示)、多數散熱片7(如圖11所示)或一固定座8。

【0040】

請參閱圖13所示，本實施例的相變化型散熱器1c為一均溫板(Vapor Chamber)，其本體10c主要包含一底板101及一蓋板102所組成，製作時是將底板101置放在前述製作設備5的各滾輪524上，以驅動器(圖未示出)驅動各滾輪524產生正反方向的旋轉，而令底板101能夠產生水平方向的往復移動，並且利用前述噴塗機構53對底板101的上表面噴塗金屬粉末來進行製作，同時藉由前述燒結機構54的雷射頭541所發出的雷射光來對金屬粉末進行加熱燒結而固化形成一毛細結構20。在完成毛細結構20和底板101的製作之後，再將蓋板102對應於底板101蓋合並焊接封閉，最後再將工作流體填入本體10c內並進行除氣封口，即能製作出一均溫板。

【0041】

綜上所述，本發明之相變化型散熱器及其製作方法，確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

1‧‧‧相變化型散熱器

10‧‧‧本體

20‧‧‧毛細結構

21‧‧‧凸肋

22‧‧‧槽溝

Claims

【第1項】

一種相變化型散熱器製作方法，其方法步驟包括:
a)備具一本體；
b)將多數金屬粉末以一噴塗方式形成在該本體的內壁面；以及
c)對各該金屬粉末施以一燒結固化而形成有一毛細結構。
【第2項】

如請求項1所述之相變化型散熱器製作方法，其中該本體為一中空管體，該噴塗方式為對該中空管體的周向進行噴塗。
【第3項】

如請求項1所述之相變化型散熱器製作方法，其中該本體為一中空管體，該噴塗方式為沿著該中空管體的軸向進行噴塗移動。
【第4項】

如請求項1所述之相變化型散熱器製作方法，其中步驟b)中的該噴塗方式和步驟c)中的該燒結固化為分段方式來對該本體進行加工。
【第5項】

如請求項1所述之相變化型散熱器製作方法，其中該本體為一中空管體，步驟c)中的該毛細結構為一立體狀結構。
【第6項】

如請求項5所述之相變化型散熱器製作方法，其中該毛細結構包含多數條的凸肋，並在任二相鄰的該凸肋之間形成有一槽溝，且各該槽溝呈一螺旋狀。
【第7項】

如請求項6所述之相變化型散熱器製作方法，其中在步驟c)之後更包括一步驟d)，該步驟d)將一工作流體填入該中空管體並施以除氣和封口。
【第8項】

如請求項7所述之相變化型散熱器製作方法，其更包括一步驟e)，該步驟e)將該相變化型散熱器進行一壓扁加工而得到一扁平熱管。
【第9項】

如請求項8所述之相變化型散熱器製作方法，其更包括一步驟f)，該步驟f)將多數金屬粉末以另一噴塗方式形成在該扁平熱管的外表面。
【第10項】

如請求項9所述之相變化型散熱器製作方法，其更包括一步驟g)，該步驟g)對各該金屬粉末施以另一燒結固化而形成有一導熱板、多數散熱片或一固定座。
【第11項】

如請求項1所述之相變化型散熱器製作方法，其中該本體包含一底板及對應該底板蓋合的一蓋板，該噴塗方式為對該底板進行噴塗。
【第12項】

一種相變化型散熱器，包括:
一本體；
一毛細結構，由多數金屬粉末以噴塗方式並且經燒結固化而形成在該本體的內壁面；以及
一工作流體，填注在該本體內。
【第13項】

如請求項12所述之相變化型散熱器，其中，該本體為一中空管體，該毛細結構是全面性的披覆在該中空管體的內壁面。
【第14項】

如請求項12所述之相變化型散熱器，其中，該本體為一中空管體，該毛細結構是局部性的披覆在該中空管體的內壁面。
【第15項】

如請求項14所述之相變化型散熱器，其中該中空管體的斷面為一圓形，該毛細結構僅形成在該中空管體的下半圓弧面。
【第16項】

如請求項14所述之相變化型散熱器，其中該中空管體為一長條形，該毛細結構僅形成在該中空管體的前半段。
【第17項】

如請求項12所述之相變化型散熱器，其中，該本體為一中空管體，該毛細結構為一立體狀結構。
【第18項】

如請求項17所述之相變化型散熱器，其中該毛細結構包含多數條的凸肋，並在任二相鄰的該凸肋之間形成有一槽溝。
【第19項】

如請求項18所述之相變化型散熱器，其中各該槽溝平行於該中空管體的軸心線配設。
【第20項】

如請求項18所述之相變化型散熱器，其中各該槽溝呈一螺旋狀。
【第21項】

如請求項12所述之相變化型散熱器，其中該毛細結構包含分隔設置的多數波浪狀凸條。
【第22項】

如請求項12所述之相變化型散熱器，其中該相變化型散熱器為一扁平熱管。
【第23項】

如請求項22所述之相變化型散熱器，其中該扁平熱管的外表面形成有一導熱板、多數散熱片或一固定座。
【第24項】

如請求項12所述之相變化型散熱器，其中該相變化型散熱器為一均溫板。