TWI710744B

TWI710744B - 薄型均溫板的製作方法

Info

Publication number: TWI710744B
Application number: TW108112995A
Authority: TW
Inventors: 陳振賢
Original assignee: 廣州力及熱管理科技有限公司
Priority date: 2019-04-15
Filing date: 2019-04-15
Publication date: 2020-11-21
Also published as: TW202040088A

Abstract

一種薄型均溫板的製作方法包含有以下步驟：提供第一金屬片材及第二金屬片材；提供第一金屬漿料及第二金屬漿料；環形鋪置第一金屬漿料於第一金屬片材上以形成漿料牆，且漿料牆內側形成溝槽；加熱漿料牆以形成緻密結構牆；鋪置第二金屬漿料於溝槽中；加熱第二金屬漿料以形成多孔毛細結構；氣密焊合第二金屬片材及第一金屬片材之緻密結構牆表面，以形成空腔；加工空腔以形成薄型均溫板。此方法係以增材製程製造出溝槽及毛細結構，取代了現有技術中的蝕刻製程及銅網鋪設燒結製程。

Description

薄型均溫板的製作方法

本發明提供一種均溫板的製作方法，尤指一種以增材方式製作薄型均溫板以降低製作成本的方法。

科技的快速發展，所有的電子裝置的外形訴求逐漸走向輕、薄、小的設計，尤其是做為移動計算(Mobile Computing)及移動通訊的薄型筆電(Notebook PC)，智慧型手機(Smartphone)，智慧型眼鏡(Smartglasses)等。然而，電子通訊裝置為了達到薄型化，最常面臨到的問題就是散熱及熱管理問題。因為在越薄的裝置中，能夠設置散熱裝元件的空間就會被壓縮。一般用在傳統桌上型電腦及筆記型電腦上的均温板(Vapor Chamber)或微熱導管(Micro Heat Pipe)，在元件的厚度上很難達到新一代移動計算及移動通訊之超薄規格要求。

對此，散熱模組廠商將上、下兩片銅基板以蝕刻製程製做均溫板所需之溝槽，將具有溝槽的基板以溝槽在內的方式氣密焊接形成空腔。在溝槽中鋪置銅網或編織網，再經高溫燒結後再將其封合、注水、抽真空等加工而製成具有毛細結構之超薄熱管板(Heat Pipe Plate)，或俗稱均温板(Vapor Chamber)。然而，蝕刻製程的製作成本昂貴且其產生之廢棄化學液體亦有環保之問題，使得所製作出的均温板元件成本高居不下且生產週期較長。因此，如何降低薄型均溫板的整體製作成本及量產之出貨時效性是目前產業上極力所要解決的問題。

有鑑於此，本發明之一範疇在於提供一種以增材的製作方式形成溝槽，以製作薄型均溫板的製作方法。本發明之薄型均溫板的製作方法包含有以下步驟：提供具有第一表面之第一金屬片材及第二金屬片材；提供第一金屬漿料及第二金屬漿料；環形鋪置第一金屬漿料於第一表面上以形成漿料牆，且漿料牆內側形成溝槽；加熱漿料牆以形成緻密結構牆；鋪置第二金屬漿料於溝槽中；加熱第二金屬漿料以形成多孔毛細結構；氣密焊合第二金屬片材及第一金屬片材之緻密結構牆表面，以使多孔毛細結構與第二金屬片材之間形成空腔；加工空腔以形成薄型均溫板。

於一具體實施例中，於加熱漿料牆以形成緻密結構牆之步驟中，進一步包含有以下子步驟：加溫漿料牆使該第一金屬漿料內之第一有機溶劑揮發以形成固化漿料牆；烘烤及燒結固化漿料牆以形成緻密結構牆。

於一具體實施例中，第一金屬漿料更包含有金屬粉末以及第一聚合物。第一聚合物於烘烤時被燒除，且金屬粉末燒結後形成緻密結構牆。

於一具體實施例中，於加熱第二金屬漿料以形成多孔毛細結構之步驟中，進一步包含有以下子步驟：加溫第二金屬漿料使第二金屬漿料內之第二有機溶劑揮發以形成固化組織；烘烤及燒結固化組織以形成多孔毛細結構。

於一具體實施例中，第二金屬漿料更包含有第一金屬粉末、第二金屬粉末以及第二聚合物，第二聚合物於烘烤時被燒除，而第一金屬粉末及第二金屬粉末於燒結後形成多孔毛細結構。第一金屬粉末及第二金屬粉末為類球形粉末，且第一金屬粉末之平均粒徑與第二金屬粉末之平均粒徑之比值大於3。

於另一具體實施例中，第二金屬漿料更包含有第一金屬粉末、第二金屬粉末以及第二聚合物。第二聚合物於烘烤時被燒除，而第一金屬粉末及第二金屬粉末於燒結後形成多孔毛細結構。其中，第一金屬粉末為類球形粉末，且第二金屬粉末為薄片形粉末。

於一具體實施例中，於加熱漿料牆以形成緻密結構牆之步驟中，進一步包含有以下子步驟：加溫漿料牆使第一金屬漿料內之第一有機溶劑揮發以形成固化漿料牆；烘烤及燒結固化漿料牆以形成緻密結構牆。其中，烘烤及燒結固化漿料牆以形成緻密結構牆之步驟與烘烤及燒結固化組織以形成多孔毛細結構之步驟係為同時進行。

於一具體實施例中，第一金屬漿料包含有銅粉末，且銅粉末之顆粒平均粒徑(D₅₀)小於5um。

於一具體實施例中，第一金屬漿料之金屬固含量高於第二金屬漿料之金屬固含量。

於一具體實施例中，第一金屬漿料之金屬固含量高於80%，第二金屬漿料之金屬固含量低於70%。

相較於現有技術，本發明之製作方法係由鋪設第一金屬漿料於第一金屬片材上進行加熱以形成環形之緻密結構牆，進而以緻密結構牆於第一金屬片材上形成溝槽，並且鋪設第二金屬漿料於環形的溝槽中加熱以形成多孔毛細結構。本發明係以增材製造的方式形成具有溝槽的牆及支撐柱結構，此製作方法的製作成本較一般化學蝕刻製程低又可縮短產品生產時程。另外，多孔毛細結構亦以增材製造的方式形成。此製作方法可較精準的控制多孔毛細結構以及空腔之厚度。本發明之製作方法亦可於形成緻密結構牆的同時一併以第二金屬漿料於溝槽中形成多孔毛細結構，進而節省工時及製作成本。

S1-S8‧‧‧步驟

S41-S82‧‧‧子步驟

E‧‧‧薄型均溫板結構

1‧‧‧第一金屬片材

11‧‧‧第一表面

2‧‧‧第二金屬片材

31‧‧‧第一金屬漿料

311‧‧‧第一有機溶劑

312‧‧‧第一聚合物

313‧‧‧金屬粉末

32‧‧‧漿料牆

33‧‧‧固化漿料牆

34‧‧‧緻密結構牆

41‧‧‧第二金屬漿料

411‧‧‧第二有機溶劑

412‧‧‧第二聚合物

413‧‧‧第一金屬粉末

414‧‧‧第二金屬粉末

42‧‧‧固化組織

43‧‧‧多孔毛細結構

5‧‧‧溝槽

6‧‧‧空腔

圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之薄型均溫板的製作方法之步驟流程圖。

圖2係繪示根據本發明之一具體實施例之薄型均溫板結構之俯視圖。

圖3係繪示根據本發明之一具體實施例之薄型均溫板結構的製作方法之流程示意圖。

圖4係繪示根據本發明之另一具體實施例之薄型均溫板的製作方法之步驟流程圖。

圖5係繪示根據本發明之另一具體實施例之薄型均溫板結構的製作方法之流程示意圖。

圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之第一金屬漿料混合配置示意圖。

圖7係繪示根據本發明之一具體實施例之第二金屬漿料混合配置示意圖。

圖8係繪示根據本發明之再一具體實施例之薄型均溫板的製作方法之步驟流程圖。

圖9係繪示根據本發明之再一具體實施例之薄型均溫板結構的製作方法之流程示意圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地了解，後續將以實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些實施例僅為本發明代表性的實施例，其中所舉例的特定方法，裝置，條件，材質等並非用以限定本發明或對應的實施例。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“縱向、橫向、上、下、前、後、左、右、頂、底、內、外”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示所述的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

此外，本發明裝置或元件前的不定冠詞“一”、“一種”和“一個”對裝置或元件的數量要求(即出現次數)無限制性。因此“一”應被解讀為包括一或至少一，並且單數形式的裝置或元件也包括複數形式，除非所述數量明顯指單數形式。

請參閱圖1至圖3，圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之薄型均溫板的製作方法之步驟流程圖，圖2係繪示根據本發明之一具體實施例之薄型均溫板結構E之俯視圖，圖3係繪示根據本發明之一具體實施例之薄型均溫板結構E的製作方法之流程示意圖。其中，本說明書之流程示意圖皆以圖2之薄型均溫板結構E以A-A’剖面線進行剖面示意。如圖1及圖3所示，於一具體實施例中，本發明之薄型均溫板的製作方法包含有以下步驟：步驟S1：提供具有第一表面11之第一金屬片材1及第二金屬片材2；步驟S2：提供第一金屬漿料31及第二金屬漿料41；步驟S3：環形鋪置第一金屬漿料31於第一表面11上以形成漿料牆32，且漿料牆32內側形成溝槽5；步驟S4：加熱漿料牆32以形成緻密結構牆34；步驟S5：鋪置第二金屬漿料41於溝槽5中；步驟S6：加熱第二金屬漿料41以形成多孔毛細結構43；步驟S7：氣密焊合第二金屬片材2及第一金屬片材1之緻密結構牆34表面，以使多孔毛細結構43與第二金屬片材2之間形成空腔6；步驟S8：加工空腔6以形成薄型均溫板。

為了更清楚說明圖1之具體實施例，請參閱圖4及圖5，圖4係繪示根據本發明之另一具體實施例之薄型均溫板的製作方法之步驟流程圖，圖5係繪示根據本發明之另一具體實施例之薄型均溫板結構E的製作方法之流程示意圖。如圖4及圖5所示，於步驟S4中，進一步包含有以下子步驟：子步驟S41：加溫漿料牆32使該第一金屬漿料31內之第一有機溶劑311揮發以形成固化漿料牆33；子步驟S42：烘烤及燒結固化漿料牆33以形成緻密結構牆34。

請合併參閱圖6，圖6係繪示根據本發明之一具體實施例之第一金屬漿料31混合配置示意圖。如圖6所示，本發明之第一金屬漿料31可包含有第一有機溶劑311、第一聚合物312以及金屬粉末313。第一有機溶劑311可揮發於加溫至第一有機溶劑311之沸點溫度時，第一聚合物312可於烘烤時被燒除，而金屬粉末313則可於燒結後形成緻密結構牆34。據此，本發明之方法藉由逐漸提高溫度，致使第一金屬漿料31依序地經過加溫、烘烤及燒結過程。其中，如圖5所示，第一金屬漿料31所鋪置成的漿料牆32經加溫使第一有機溶劑311揮發後將會形成體積較小的固化漿料牆33。接著，繼續加熱至烘烤溫度以將第一聚合物312燒除，並更進一步加熱至燒結溫度以使金屬粉末313燒結後形成緻密結構牆34。其中，由於第一金屬漿料31中的第一有機溶劑311揮發以及第一聚合物312被燒除，因此最後由金屬粉末313燒結而成之緻密結構牆34之體積將會小於原本所鋪置的漿料牆32的體積。而其體積縮小的比率可以由第一金屬漿料31的固含量來進行調整。此外，緻密結構牆34之厚度也可由第一金屬漿料31的固含量及金屬粉末313的物理特性所決定。

請複參閱圖4及圖5，於步驟S6中，進一步包含有以下子步驟：步驟S61：加溫第二金屬漿料41使第二金屬漿料41內之第二有機溶劑411揮發以形成固化組織42；步驟S62：烘烤及燒結固化組織42以形成多孔毛細結構43。請合併參閱圖7，圖7係繪示根據本發明之一具體實施例之第二金屬漿料41混合配置示意圖。如圖7所示，本發明之第二金屬漿料41可包含有第二有機溶劑411、第二聚合物412、第一金屬粉末413以及第二金屬粉末414。第二有機溶劑411可於加溫至第二有機溶劑411之沸點溫度時揮發，第二聚合物412可於烘烤時被燒除，而第一金屬粉末413及第二金屬粉末414則可於燒結後形成多孔毛細結構43。如圖5所示，第二金屬漿料41經加溫使第二有機溶劑411揮發後將會形成體積較小的固化組織42。接著，繼續加熱至烘烤溫度以將第二聚合物412燒除，並更進一步加熱至燒結溫度以使第一金屬粉末413與第二金屬粉末414燒結後形成多孔毛細結構43。其中，由於第二金屬漿料41中的第二有機溶劑411揮發以及第二聚合物412被燒除，因此最後由第一金屬粉末413及第二金屬粉末414燒結而成之多孔毛細結構43之體積將會小於原本所鋪置的第二金屬漿料41的體積。而其體積縮小的比率可以由第二金屬漿料41的固含量來進行調整。此外，多孔毛細結構43之厚度也可由第二金屬漿料41的固含量及第一金屬粉末413與第二金屬粉末414的物理特性所決定。

其中，於一具體實施例中，第一金屬粉末413及第二金屬粉末414為類球形粉末，且第一金屬粉末413之平均粒徑與第二金屬粉末414之平均粒徑之比值大於3。於一具體實施例中，第一金屬粉末413之平均粒徑(D₅₀)不大於53um，而第二金屬粉末414之平均粒徑(D₅₀)不大於13um。除了第一金屬粉末413與第二金屬粉末414可為不同平均粒徑大小的雙金屬粉末系統外，於另一具體實施例中，第一金屬粉末413可為類球形粉末，而第二金屬粉末414可為薄片形粉末。於一具體實施例中，第一金屬粉末413之平均粒徑(D₅₀)不大於53um，且第二金屬粉末414之片狀厚度不大於1um。

此外，本發明之製作方法中的第一金屬片材1、第二金屬片材2、金屬粉末313、第一金屬粉末413及第二金屬粉末414之材質為可為銅、銅合金和鈦中之其中一種。根據上述可以了解的是，於實務上，為了使形成溝槽5之緻密結構牆34的結構緻密，第一金屬漿料31通常會使用單金屬粉末系統。而為了形成多孔毛細結構43，第二金屬漿料41則可以使用雙金屬粉末系統亦甚至是多金屬粉末系統以達成多孔洞的結構。因此，金屬粉末313、第一金屬粉末413以及第二金屬粉末414之大小、形狀及材質並不以此為限。且為了使第一金屬漿料31所形成之固化漿料牆33以及緻密結構牆34之厚度大於第二金屬漿料41所形成之固化組織42以及多孔毛細結構43，且確保第二金屬漿料41的流動性高到能於溝槽5中均勻鋪置，第一金屬漿料31之金屬固含量會高於第二金屬漿料41之金屬固含量。於實際應用中，第一金屬漿料31之金屬固含量可高於80%，而第二金屬漿料41之金屬固含量可低於70%。

請複參閱圖4及圖5，於步驟S8中，更包含有以下子步驟：步驟S81：利用外部導管連通空腔6以注入工作流體並抽真空；步驟S82：封閉外部導管以形成具有導熱功能之薄型均溫板。本發明之製作方法於緻密結構牆34與多孔毛細結構43製作完成後，需進一步以上述步驟來對空腔6作進一步加工以製成薄型均溫板。

除了上述先將第一金屬漿料31加熱形成緻密結構牆34，再將第二金屬漿料41加熱形成多孔毛細結構43之製作方法外，本發明更包含有另一種更簡捷之製作方法。請參閱圖8及圖9，圖8係繪示根據本發明之再一具體實施例之薄型均溫板的製作方法之步驟流程圖，圖9係繪示根據本發明之再一具體實施例之薄型均溫板結構E的製作方法之流程示意圖。如圖8及圖9所示，於步驟S3後，先進行步驟S41以形成固化漿料牆33。接著進行步驟S5鋪置第二金屬漿料41於溝槽5中，並於步驟S5後先進行步驟S61以形成固化組織42。本發明之另一種製作方法係於固化漿料牆33及固化組織42形成後，再一併進行步驟S42及步驟S62，以同步烘烤及燒結固化漿料牆33及固化組織42以形成緻密結構牆34及多孔毛細結構43。本發明之製作方法藉由同步進行烘烤及燒結固化漿料牆33及固化組織42，以節省製作工時以及節省分開烘烤及燒結所需要的設備投資及熱能成本。

其中，於同步烘烤及燒結固化漿料牆33及固化組織42之製作方法之具體實施例中，所使用的第一金屬漿料31的金屬粉末313為銅粉末，且銅粉末之顆粒平均粒徑(D₅₀)小於5um。由於第一金屬漿料31之金屬固含量高於第二金屬漿料41之金屬固含量且組成結構不同，因此若要在相同的烘烤及燒結條件下同時燒結成緻密結構牆34以及多孔毛細結構43，則第一金屬漿料31及第二金屬漿料41之配方須符合達到此製程條件之特性。

綜上所述，本發明係以增材的方式將第一金屬漿料31鋪置於第一金屬片材1上，並加熱形成緻密結構牆34。此緻密結構牆34可於第一金屬片材1之第一表面11上形成溝槽5，進而取代現有以蝕刻製程於金屬片材上形成溝槽，以大幅降低製作成本。另外，本發明之方法藉由鋪置並加熱第二金屬漿料41於溝槽5中，以進一步形成多孔毛細結構43，進而取代現有以銅網或編織網鋪置於溝槽，以提高工作流體於溝槽中之流動速率。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。