TWI541485B - 液冷式散熱板之製造方法及其液冷式散熱板組件 - Google Patents

Description

液冷式散熱板之製造方法及其液冷式散熱板組件

本發明係關於一種散熱板之製造方法，特別是一種液冷式散熱板之製造方法，以及液冷式散熱板組件。

隨著工業電子元件、通訊產業、熱能產業及航太工業的發展，如何藉由設置散熱裝置維持元件及設備的使用壽命，便成為相當重要的課題。散熱裝置中，液冷式散熱板由於重量輕、體積相對於氣冷鰭片來的小且性能可靠，因此具有相當可觀的市場價值。

請參照第1圖所示，此為習用液冷式散熱板之製造方法所製造的一習用液冷式散熱板9，該習用液冷式散熱板9係具有一基板91及數個上蓋92，該基板91設有數條冷卻液流道911，該冷卻液流道911的開口周緣係設有一靠置部912。該習用液冷式散熱板之製造方法係將該上蓋92置於該基板91之靠置部912上，使該上蓋92及該基板91的交界處形成一接合部C，以一探針型焊接工具T進行摩擦攪拌焊接，該探針型焊接工具T係具有一探針頭P，該探針頭P係嵌入該接合部C中並高速旋轉，讓該接合部C之材料因高速摩擦生熱而轉變成半固態，該接合部C的材料藉由該探針頭P的攪拌混合在一起，以接合該基板91及該上蓋92，藉此製造該習用液冷式散熱板9，類似於該習用液冷式散熱板之製造方法的一實施例已揭露於日本公開第2006-187809號專利案之圖2當中。

在習用液冷式散熱板之製造方法中，係利用數個該上蓋92 蓋設於該冷卻液流道911上方再進行摩擦攪拌焊接，上蓋92的尺寸相對於基板91小很多，造成該上蓋92在摩擦攪拌焊接的過程中容易翹曲變形，使得利用該習用液冷式散熱板之製造方法所得之該習用液冷式散熱板9，因該上蓋92容易變形，不但造成該冷卻液流道911的截面積不均勻，冷卻液無法於該冷卻液流道911順暢流動使冷卻效率因而降低，亦對該習用液冷式散熱板9的結構強度造成負面影響。

另外，為了能填實該接合部C，該探針型焊接工具T在進行接合時需維持1~4度之後傾角，因此僅能以單一直線方向進給，遇到需轉折的焊道時，將無法進行連續式的摩擦攪拌焊接，必須進行多道焊接程序才可完成該習用液冷式散熱板9之製備；再者，當焊接終止時需將該探針P抽離該接合部C，該接合部C往往會形成對應於該探針P形狀的匙孔，必須以後續填料、焊接過程加設輔助板或事先於焊接終止處設有犧牲材料等方式，以確保該習用液冷式散熱板9的密閉性及美觀度，故具有許多的前置及後續的處理程序避免該匙孔的產生，因此，該習用液冷式散熱板之製造方法的效率無法有效提升。

有鑑於此，有必要提供一種液冷式散熱板之製造方法及所使用的液冷式散熱板組件，以解決該習用液冷式散熱板之製造方法之效率低落的問題，並解決該習用液冷式散熱板9冷卻效率不佳及結構強度低等問題。

本發明係提供一種液冷式散熱板之製造方法，係用以製造一液冷式散熱板，使在製造過程中該液冷式散熱板的構件不易產生變形者。

本發明係提供一種液冷式散熱板之製造方法及液冷式散熱板組件，係可以使獲得之該液冷式散熱板的冷卻液流道通暢，以增進該液冷式散熱板的冷卻效率者。

本發明係提供一種液冷式散熱板之製造方法及液冷式散熱板組件，係可以連續摩擦攪拌焊接，並避免於焊接終止時產生匙孔，以節省製備該液冷式散熱板的製程者。

一種液冷式散熱板之製造方法，係包含：備有一基板，該基板係具有一表面及數個散熱件，各該散熱件具有相對之一第一端及一第二端，該第一端及該第二端之間係設有一肩部，該散熱件係以該第一端結合於該表面；備有一上蓋，該上蓋係設有數個穿孔；將該上蓋蓋設於該基板之該表面，使該散熱件之第二端嵌卡於該穿孔，且該肩部抵接於該上蓋之穿孔周緣；及以一無探針型焊接工具抵接於該上蓋與該散熱件之交界處，並進行摩擦攪拌焊接，以焊接該基板及該上蓋。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，其中，該散熱件係呈柱狀，且該穿孔呈圓槽狀。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，其中，該散熱件係呈條狀，且該穿孔呈溝槽狀。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，其中，該上蓋或該基板設有一進液口及一出液口，於摩擦攪拌焊接該基板及該上蓋後，將二配管接頭分別結合於該進液口及該出液口。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，其中，該配管接頭與該進液口及該出液口係透過摩擦壓接互相結合。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，其中，該基板及該上蓋的材質為鋁。

一種液冷式散熱板組件，係包含：一基板，該基板係具有一表面及數個散熱件，各該散熱件具有相對之一第一端及一第二端，該第一端及該第二端之間係設有一肩部，該散熱件係以該第一端結合於該表面；備有一上蓋，該上蓋係設有數個穿孔，該穿孔係供套設於該散熱件之第二 端，使該散熱件之第二端嵌卡於該穿孔，且使該肩部抵接於該上蓋之穿孔周緣。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，製備獲得之該液冷式散熱板的該上蓋在摩擦攪拌焊接的過程中不易產生變形，使該上蓋可以緊密結合於該基板，進而可以達到提高該液冷式散熱板的結構強度之功效。

本發明之液冷式散熱板之製造方法，該上蓋可以在不易變形的前提下緊密地與該基板結合，可以避免因上蓋變形而造成該流道空間阻塞，以增進該液冷式散熱板的冷卻效率者。

本發明係提供一種液冷式散熱板之製造方法，該無探針型焊接工具的進給方向係不受限制，且於焊接終止點不會產生匙孔而無須藉由多於製程維持該液冷型散熱板之美觀度及密閉性，以達到增加製備該液冷式散熱板的效率之功效。

〔本發明〕

1‧‧‧基板

11‧‧‧散熱件

111‧‧‧第一端

112‧‧‧第二端

113‧‧‧肩部

12‧‧‧表面

2‧‧‧上蓋

21‧‧‧穿孔

3‧‧‧流道空間

O1‧‧‧進液口

O2‧‧‧出液口

w‧‧‧側壁

T‧‧‧無探針型焊接工具

C‧‧‧接合區域

H‧‧‧配管接頭

〔習知〕

9‧‧‧習用液冷式散熱板

91‧‧‧基板

911‧‧‧冷卻液流道

912‧‧‧靠置部

92‧‧‧上蓋

C‧‧‧接合部

T‧‧‧探針型焊接工具

P‧‧‧探針

第1圖：係習用液冷式散熱板之製造方法之示意圖。

第2圖：係本發明液冷式散熱板之製造方法第一實施例之該基板及該上蓋的立體外觀圖。

第3圖：係本發明液冷式散熱板之製造方法第一實施例之該基板的剖視圖。

第4圖：係本發明液冷式散熱板之製造方法第一實施例之該基板與該上蓋組合時之上視圖。

第5圖：係第4圖沿I-I線之剖視放大圖。

第6圖：係本發明液冷式散熱板之製造方法第二實施例之該基板與該上蓋組合之立體外觀圖。

第7圖：本發明液冷式散熱板之製造方法之進行摩擦攪拌焊接該基板 及該上蓋組合時之立體外觀圖。

第8圖：係第7圖沿Ⅱ-Ⅱ線之剖視放大圖。

第9圖：係本發明液冷式散熱板之製造方法之結合配管接頭之示意圖。

第10圖：係本發明液冷式散熱板之製造方法第三實施例之該基板及該上蓋之立體外觀圖。

為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，本發明液冷式散熱板之製備方法係包含：備有一基板1，該基板1係設有數個散熱件11；備有一上蓋2，該上蓋2係設有數個穿孔21；將該上蓋2蓋設於該基板1上，使各該散熱件11嵌卡於該穿孔21；及以一無探針型焊接工具抵接於該上蓋2與該散熱件11之交界處，並進行摩擦攪拌焊接，以獲得一液冷式散熱板。該基板1及該上蓋2的材質為比熱小、散熱快的材料，例如：銅、鋁等，其中，由於鋁比銅體積比熱小、容易加工且價低，故較佳係使用鋁作為該基板1及該上蓋2之材質，但並不以此為限。另外，本發明液冷式散熱板之製備方法係可以對材質相同或相異之該基板1與該上蓋2進行摩擦攪拌焊接，並不受限該基板1與該上蓋2的材料異同性。

請參照第2~3圖所示，該基板1係設有數個該散熱件11。詳言之，該基板1具有一表面12，該散熱件11具有相對之一第一端111及一第二端112，該散熱件11以該第一端111結合於該表面12，並且，該第一端111及該第二端112之間設有一肩部113，以增加該基板1及該上蓋2於結合時的穩固性，並且，在進行摩擦攪拌焊接時，該肩部113係使該上蓋2得以支撐該無探針型焊接工具對該上蓋2的擠壓力。該散熱件11係 可以藉由機械加工、焊接、黏合、卡固或壓鑄的方式一體結合於該表面12，在此係不對該散熱件11結合與該表面12的方式多做限制。於本實施例中，該散熱件11係藉由CNC銑床加工的方式一體地形成於該基板1之該表面12，然而此僅為製造該基板1的其一方法，並不以此限制該基板1的成形方式。另外，本實施例中的散熱件11呈現柱狀，並且密佈於該基板1之表面12，在該基板1上設置密度高的數個該散熱件11，係可以使該基板1與冷卻液的接觸表面積增加，藉此提高冷卻效率。

請參照第2圖所示，該上蓋2係設有數個穿孔21，該穿孔21係用以套設於該散熱件11之該第二端112，使該散熱件11之第二端112得以嵌卡於該穿孔21，該穿孔21係可以藉由機械加工或鑄造一體形成於該上蓋2，例如上述所言CNC銑床加工，在此係不對該上蓋2及該穿孔21的成形方式多做限制。該穿孔21的尺寸係對應於該散熱件11，詳言之，該穿孔21的尺寸略大於或等於該散熱件11之第二端112，並且，係小於該散熱件11之肩部113，為了使該上蓋2與該基板1互相配合，該穿孔21的數量係對應於該散熱件11的數量。

請參照第4及5圖所示，此分別為本發明第一實施例之組合上視圖及剖視放大圖，續將該基板1與該上蓋2相組合，由於該上蓋2之穿孔21的尺寸係與該散熱件11互相配合，使該上蓋2與該基板1組合時，該穿孔21可供該散熱件11之第二端112穿設其中，使該散熱件11之第二端112嵌卡於該穿孔21，並且可以以該穿孔21之周緣靠置於該肩部113，讓該基板1之散熱件11、該基板1之表面12及該上蓋2共同圍設形成一流道空間3。

該液冷式散熱板係設有與該流道空間3相連通之一進液口O1及一出液口O2，該進液口O1及該出液口O2係可以設於該基板1或該上蓋2，亦可以其一設於該基板1另一設於該上蓋2，於本實施例中，該基 板1及該上蓋2之周緣係皆各設有數個側壁w，該進液口O1及該出液口O2係設於該基板1及該上蓋2之相對兩該側壁w，並且位於該基板1之進液口O1及該出液口O2，係個別對位於該上蓋2之進液口O1及該出液口O2。另請參照第6圖所示，此為本發明第二實施例之上視圖，該進液口O1及該出液口O2係設於該上蓋2之相對兩側。該進液口O1及該出液口O2亦可以為摩擦攪拌焊接基板1及該上蓋2後，再利用一鑽鑿工具對該液冷式散熱板進行加工所產生，該進液口O1及該出液口O2當然可以為一個設置於該底板1，另一個設置於該上蓋2，係依照所欲進行散熱之機件構造進行設計，在此並不對該進液口O1及該出液口O2設置位置及產生的方式多做限制。

請參照第7~8圖所示，接著，係以該無探針型焊接工具T抵接於該上蓋2及該散熱件11之接合處，並進行整面摩擦攪拌焊接。該無探針型焊接工具T係連接於一機具並帶動其產生高速旋轉，在高速旋轉的過程中，該無探針型焊接工具T會與該上蓋2及該散熱件11之第二端112摩擦生熱，造成該第二端112及該上蓋2的材料因受熱呈現半固態，並且在該無探針型焊接工具T的攪拌下形成一接合區域C(如第8圖所示)以互相接合，藉此摩擦攪拌焊接該基板1及該上蓋2，使該流道空間3僅以該進液口O1及該出液口O2與外界連通，以獲得該液冷式散熱板。

本發明液冷式散熱板之製造方法所獲得之該液冷式散熱板，係藉由該上蓋2之數個穿孔21與該基板1之散熱件11相結合，並使各該穿孔21周緣靠置於各該散熱件11之肩部113，如此將可以減少該穿孔21及該散熱件11因公差而無法結合穩固的情況產生，並且使進行摩擦攪拌焊接時，該上蓋2可以穩固地定位於該散熱件11之第二端112，而不致因受到該無探針型焊接工具T的擠壓而向該基板1之該表面12產生位移。另外，該上蓋2係蓋設於該基板1上方，藉由該穿孔21與該散熱件 11組合後，再使用無探針型焊接工具T以結合該上蓋2及該基板1，由於該上蓋2的面積大，因此當進行摩擦攪拌焊接時，該上蓋2不易變形，使該上蓋2可以和該基板1緊密結合，進而達到增加該液冷式散熱板的結構強度之功效；再者，藉由本發明之液冷式散熱板之製造方法由於不易使該上蓋2在摩擦攪拌焊接的過程中產生變形，可以避免因上蓋2變形而造成該流道空間3阻塞，進而達到提高該液冷式散熱板的冷卻效率之功效。

又，本發明之液冷式散熱板之製造方法係使用該無探針型焊接工具T以接合該基板1及該上蓋2，該無探針型焊接工具T對該散熱件11之第二端112與該上蓋2之交界處高速摩擦，使該第二端112與該上蓋2之材料變成半固態，在該無探針型焊接工具T的混合攪拌下產生該結合區域C，並且使該上蓋2及該基板1互相焊接在一起，該無探針型焊接工具T並不需要嵌卡於該基板1與該上蓋2的交界處便可進行摩擦攪拌焊接，因此可以隨意地朝任何方向進給，並且於彎折處仍能持續進給，在進給方向不受限制的情況下，使本發明之液冷式散熱板之製造方法可以進行連續式的摩擦攪拌焊接，以達到增加製備該液冷式散熱板的效率。

另外，由於該無探針型焊接工具T不具有探針，在焊接終止時不會在該液冷式散熱板產生匙孔，因此不需要以事先填料、焊接過程加設輔助板或事先於焊接終止處設有犧牲材料等方式，以維持該流道空間3的密閉性及該液冷式散熱板的美觀度，節省了許多製程手續，藉此更進一步地達到增加該液冷式散熱板製備效率之功效。

另請參照第9圖所示，較佳地，於該基板1及該上蓋2互相摩擦攪拌焊接後，係可以進一步地將該液冷式散熱板另結合於二配管接頭H。詳言之，該配管接頭H係各自結合於該進液口O1及該出液口O2，各該配管接頭H以一端連接於該液冷式散熱板，另一端則可供管路接合，以自外界將純水、液態氮、乙烯醇及乙二醇等的該冷卻液導入或導出該液冷 式散熱板之流道空間3。該配管接頭H與該進液口O1及該出液口O2的結合係可以用焊接、卡合或黏合等方式，本實施例則是使用摩擦壓接的方式將該配管接頭H結合於該液冷式散熱板，使兩者可以緊密地結合，確保該冷卻液通過該配管接頭H及該液冷式散熱板的交界處時不會有漏液的情況產生。

請參照第10圖所示，此為本發明液冷式散熱板之製造方法的第三實施例，於本實施例中，各構件及其連接方式與第一實施例大致相同，差異在於該散熱件11係呈現條狀，該上蓋2之穿孔21為對應於該散熱件11之溝槽狀，使該穿孔21可以套設於該散熱件11之第二端112，然而此僅為一種散熱件11的實施態樣，該散熱件11的形狀並不現於條狀或第一實施例的柱狀，該散熱件11的形狀可以依據待冷卻物件之種類和冷卻位置做調整，並且，本實施例之液冷式散熱板係具有與第一、二實施例相同之功效。

綜上所述，本發明之液冷式散熱板之製造方法係先備有該基板1及該上蓋2，並將該上蓋2蓋設於該基板1之表面12，使該上蓋2之各該穿孔21套設於於各該散熱件11之第二端112，且該肩部113抵接於該上蓋2之穿孔21周緣，再藉由該無探針型焊接工具T對該基板1及該上蓋2進行整面摩擦攪拌焊接，使該上蓋2可以與該基板1緊密結合，以達到增加該液冷式散熱板的結構強度之功效；另外，本發明之液冷式散熱板之製造方法可以避免因上蓋2變形而造成該流道空間3阻塞，進而可以達到提高該液冷式散熱板的冷卻效率之功效；再者，本發明之液冷式散熱板之製造方法係可以進行連續摩擦攪拌焊接，並且不會於該液冷式散熱板上殘留匙孔，其係節省製備該液冷式散熱板的製作程序，以達到提高該液冷式散熱板的製造效率之功效。

雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧基板

11‧‧‧散熱件

111‧‧‧第一端

112‧‧‧第二端

113‧‧‧肩部

12‧‧‧表面

2‧‧‧上蓋

21‧‧‧穿孔

O1‧‧‧進液口

O2‧‧‧出液口

w‧‧‧側壁

Claims (7)

1. 一種液冷式散熱板之製造方法，係包含：備有一基板，該基板係具有一表面及數個散熱件，各該散熱件具有相對之一第一端及一第二端，該第一端及該第二端之間係設有一肩部，該散熱件係以該第一端結合於該表面；備有一上蓋，該上蓋係設有數個穿孔；將該上蓋蓋設於該基板之該表面，使該散熱件之第二端嵌卡於該穿孔，且該肩部抵接於該上蓋之穿孔周緣；及以一無探針型焊接工具抵接於該上蓋與該散熱件之交界處，並進行摩擦攪拌焊接，以焊接該基板及該上蓋。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液冷式散熱板之製造方法，其中，該散熱件係呈柱狀，且該穿孔呈圓槽狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液冷式散熱板之製造方法，其中，該散熱件係呈條狀，且該穿孔呈溝槽狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述之液冷式散熱板之製造方法，其中，該上蓋或該基板設有一進液口及一出液口，於摩擦攪拌焊接該基板及該上蓋後，將二配管接頭分別結合於該進液口及該出液口。
5. 如申請專利範圍第4項所述之液冷式散熱板之製造方法，其中，該配管接頭與該進液口及該出液口係透過摩擦壓接互相結合。
6. 如申請專利範圍第1項所述之液冷式散熱板之製造方法，其中，該基板及該上蓋的材質為鋁。
7. 一種液冷式散熱板組件，係包含：一基板，該基板係具有一表面及數個散熱件，各該散熱件具有相對之一第一端及一第二端，該第一端及該第二端之間係設有一肩部，該散熱件係以該第一端結合於該表面； 備有一上蓋，該上蓋係設有數個穿孔，該穿孔係供套設於該散熱件之第二端，使該散熱件之第二端嵌卡於該穿孔，且使該肩部抵接於該上蓋之穿孔周緣。