TWI718004B - 以金屬漿料製作毛細結構的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種以金屬漿料製作毛細結構的方法，其包含以下步驟：提供製作均温板用之具有溝槽結構之金屬底板；提供金屬漿料包含有聚合物、有機溶劑、第一金屬粉末、第二金屬粉末；鋪設金屬漿料於金屬底板之溝槽結構中；將承載金屬漿料之金屬底板放置於加熱爐中；加熱使金屬漿料中之有機溶劑揮發；在無氧環境下進行烘烤使金屬漿料中的聚合物燒除；以及，在無氧環境下進行燒結並冷卻，使第一金屬粉末與第二金屬粉末於溝槽結構中形成具有複數個孔隙之毛細結構。本方法對於厚度小於0.4mm之均溫板的量產速度及產品良率能有效提升。

Description

以金屬漿料製作毛細結構的方法

一種以金屬漿料製作毛細結構的方法，尤指一種利用金屬漿料製作均溫板中毛細結構的方法。

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，散熱模組廠商利用製作傳統均溫板(vapor chamber)的原理，將微熱導管的製作方式改成於上下兩片銅基板蝕刻後，將具有溝槽的銅基板以溝槽在內的的方式焊接起來以形成空腔。在基板上鋪置銅網或編織網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)。用此方法製作成的均温板，其元件的厚度理論上可以控制在0.4mm或0.4mm以下。均 溫板之空腔內含有毛細結構及工作流體，藉由真空之空腔內的工作流體在毛細結構及內部氣道中持續的進行液氣二相變化循環以達到快速熱傳導之目的。液相的工作流體於真空腔體之吸熱端蒸發成氣相的工作流體並釋放出潛熱(Latent Heat)。此時，於真空腔體中，由於液、氣相的轉變而產生局部壓力變化，而驅使氣相的工作流體高速流向冷凝端。接著，氣相的工作流體於冷凝端凝結成液相的工作流體。液相之工作流體再藉由真空腔體中的毛細結構以毛細作用迴流至吸熱端，並以此循環作動。據此，由傳熱的作動原理了解，毛細結構的物理結構、親水性及毛細力以及元件內的內部氣道空間大小及真空度決定了超薄熱管板或是均溫板的導熱效果。惟，當元件的厚度超薄化後，毛細結構的組成及厚度的控制，以及內部氣道空間的配置於量產時更難控制，也因此造成元件的量產良率偏低。

於現有技術中，製作超薄均温板毛細結構的方法是利用人工搭配治具將符合均温板元件設計形狀的銅網或編織網鋪置在蝕刻後的銅基板上，經壓合及高溫燒結而形成。以此方式來量產超薄熱管板或均温板相當耗費人力及時間以及燒結時之能源，而且很難精準控制元件毛細結構的厚度及內部氣道的空間大小，進而導致產品生產良率偏差。尤其當元件的厚度被要求為0.3mm或更薄時，以現有方法製作及量產超薄熱管板或均温板將更為困難。因此，如何在超薄熱管板或均溫板元件之厚度為0.4mm、0.3mm或更薄時，仍能製作出高良率且高品質的毛細結構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金屬漿料製作毛 細結構的方法，應用於製作均溫板中之毛細結構，此均溫板具有金屬底板，且金屬底板具有溝槽結構，其包含有以下步驟：提供金屬漿料，其包含有膠體(Colliod)、第一金屬粉末以及第二金屬粉末，膠體包含聚合物(Polymer)及有機溶劑(Solvent)，第一金屬粉末以及第二金屬粉末分散並懸浮於該膠體中，其中第一金屬粉末之粒徑不大於53um(270mesh)，第二金屬粉末之粒徑不大於13um(1000mesh)；鋪設金屬漿料於金屬底板之溝槽結構中；將承載金屬漿料之金屬底板放置於加熱爐中；加熱使金屬漿料中之膠體中的有機溶劑揮發；在無氧環境下進行烘烤(Baking)，使金屬漿料中的聚合物燒除；以及在無氧環境下進行燒結(Sintering)並冷卻，使第一金屬粉末與第二金屬粉末於溝槽結構中形成具有複數個孔隙之毛細結構，且該毛細結構之厚度小於該溝槽結構之深度。當毛細結構完成後，接下來就可以用硬焊(Brazing)或真空擴散接合(Diffucion Bonding)方式，接合具有毛細結構之金屬底板以及具有相同形狀之金屬上蓋，再進行導管注水、抽真空、密封等加工程序就可以製作完成超薄之均温板元件。

在一具體實施例中，其中於接合具有毛細結構之金屬底板以及具有相同形狀之金屬上蓋後，金屬底板與金屬上蓋間將形成密閉空腔，且於密閉空腔中毛細結構與金屬上蓋之間將形成內部氣道。

在一具體實施例中，其中於鋪設金屬漿料於金屬底板之溝槽結構中之步驟中的鋪設方式包含鋼版印刷(Stencil Printing)、網版印刷(Screen Printing)或點膠(Dispensing)。

在一具體實施例中，其中金屬底板及金屬漿料所包含之第一金屬粉末以及第二金屬粉末之材質為純銅(Cu)或銅合金(Cu Alloy)，且在另 一具體實施例中，第二金屬粉末之材質可為銅、銅合金、鎳、鈦和銀中之其中一種。選用純銅(Cu)或銅合金(Cu Alloy)是考慮到金屬基板為純銅(Cu)或銅合金(Cu Alloy)，且銅具有較佳之熱傳導係數(k)及延展性，易於加工。對於一個具有快速導熱功能的均温板或薄型熱管板，其金屬上蓋及金屬底板可包含任何金屬材質。此外，毛細結構亦包含有任何金屬，金屬選用的原則是毛細結構要能與金屬底板有效燒結以固定毛細結構於金屬底板上。

在一具體實施例中，其中有機溶劑之揮發溫度不高於200℃，聚合物之燒除溫度不高於500℃，第一金屬粉末及第二金屬粉末之燒結溫度不低於600℃，並高於金屬上蓋及金屬底板之封合焊接溫度。

在一具體實施例中，其中第一金屬粉末，特別是類球狀銅粉末，粒徑分佈可介於13um~53um之間，而第二金屬粉末，特別是類球狀銅粉末，粒徑分佈可介於1.3um~13um之間。本方法使用兩種不同顆粒大小的金屬粉末，主要是為了在燒結過程中造成兩種不同顆粒大小之金屬粉末具有不同的燒結效應。小粒徑之第二金屬粉末之表面能(Surface Engergy)比大粒徑之第一金屬粉末之表面能大，在適當的相同的溫度下可造成小粒徑之第二金屬粉未進行液相燒結(Liquid-phase sintering)或部分液相燒結而大粒徑之第一金屬粉末進行部份固相燒結現象。因此，當燒結現象發生時，小粒徑之第二金屬粉末在混合的粉末系統中進行隨機的擴散及黏滯流動，有利於大粒徑之第一金屬粉末間的相互黏結並在溫度冷卻後產生孔隙，同時亦有利於毛細結構和金屬底板表面黏結。

在一具體實施例中，其中第二金屬粉末之表面有一鍍銀層，且鍍銀層之厚度小於100nm。小粒徑之第二金屬粉末之表面的鍍銀層是考慮 銀的熔點比銅低，在相同溫度下進行液相燒結可增加小粒徑之第二金屬粉末的擴散及黏滯流動，進而增加具有複數個孔隙之毛細結構中第一金屬粉末與第二金屬粉末間的黏結強度。

在一具體實施例中，其中均溫板的厚度小於0.5mm以及毛細結構的厚度小於200um。在另一較佳具體實施例中，其中均溫板的厚度小於0.3mm以及毛細結構的厚度小於50um。由於均温板元件本身具有壁厚的限制，因此當均温板元件的元件厚度越薄，其中能容置毛細結構及內部氣道的空間就越小。本發明利用金屬漿料製作均溫板中毛細結構之方法就是利用金屬漿料的流變性將金屬漿料填滿於金屬底板的溝槽結構之中。接著，揮發有機溶劑及燒除聚合物以使燒結並冷卻後的毛細結構收縮到預期的厚度。故，毛細結構的厚度主要取決於金屬漿料中的金屬粉末之固含量。

一具體實施例中，其中本方法係於氮氣(N₂)環境中進行加熱、烘烤及燒結承載具有金屬漿料之金屬底板之步驟。於氮氣環境下進行，主要是避免金屬底板之表面發生氧化而影響後續均温板上、下蓋板間相互封合之製程。

本發明之另一種以金屬漿料製作毛細結構的方法，應用於製作均溫板中之毛細結構，此均溫板具有金屬底板，且金屬底板具有溝槽結構，其包含有以下步驟：提供金屬漿料，其包含有膠體(Colliod)、第三金屬粉末以及第四金屬粉末，膠體包含聚合物(Polymer)及有機溶劑(Solvent)，第三金屬粉末以及第四金屬粉末分散並懸浮於該膠體中，其中第三金屬粉末之粒徑不大於53um(270mesh)，第四金屬粉末為薄片狀之金屬粉末，其片狀平均厚度不超過1um，且其片狀之平均徑厚比 大於30；鋪設金屬漿料於金屬底板之溝槽結構中；將承載金屬漿料之金屬底板放置加熱爐中；加熱使金屬漿料中之有機溶劑揮發；在無氧環境下進行烘烤(Baking)使金屬漿料中的聚合物燒除；以及，在無氧環境下進行燒結(Sintering)並冷卻，使第三金屬粉末與第四金屬粉末於溝槽結構中形成具複數個孔隙之毛細結構，且毛細結構之厚度小於溝槽結構之深度。當毛細結構完成後，接下來就可以用硬焊(Brazing)或真空擴散接合(Diffucion Bonding)方式，接合具有毛細結構之金屬底板以及具有相同形狀之金屬上蓋，再進行導管注水、抽真空、密封等加工程序就可以製作完成超薄之均温板元件。

在另一具體實施例中，其中第三金屬粉末，特別是類球狀銅粉末，第三金屬粉末之粒徑不大於53um(270mesh)。第四金屬粉末為薄片狀之金屬粉末，特別是薄片狀之銅粉末，其片狀平均厚度不超過1um，為奈米或次奈米厚度，且其片狀之平均徑厚比大於30。本方法使用兩種不同形狀之金屬粉末系統，主要是藉由薄片狀之第四金屬粉末與類球狀之第三金屬粉末在燒結過程中，將造成兩種形狀之金屬粉末具有不同的燒結效應。厚度僅數百奈米(nm)之薄片狀的第四金屬粉末之表面能(Surface Engergy)比粒徑較大之類球狀之第三金屬粉末之表面能大，在適當的相同的溫度下可造成薄片狀之第四金屬粉末進行液相燒結(Liquid-phase sintering)或部分液相燒結時破碎或形成破網狀之薄金屬片。此薄金屬片環繞在粒徑較大之類球狀之第三金屬粉末間並進行黏結。據此，薄片狀之第四金屬粉末在混合的粉末系統中進行隨機的破裂、擴散及黏滯流動，有利於第三金屬粉末與第四金屬粉末間相互黏結並在溫度冷卻後產生孔隙，同時亦有利於毛細結構 和金屬底板表面黏結。

在另一具體實施例中，其中於鋪設金屬漿料於金屬底板之溝槽結構中之步驟中的鋪設方式包含鋼版印刷(Stencil Printing)、網版印刷(Screen Printing)或點膠(Dispensing)。

在另一具體實施例中，其中金屬底板、第三金屬粉末以及第四金屬粉末包含有銅(Cu)或銅合金(Cu Alloy)。

在一具體實施例中，其中第四金屬粉末之薄形片狀表面包含一層鍍銀層，且鍍銀層之厚度小於100nm。薄片狀之第四金屬粉末表面的鍍銀層是考慮銀的熔點比銅低，在相同溫度下進行液相燒結可增加薄片狀之第四金屬粉末的破裂、擴散及黏滯流動，形成破網狀結構環繞於第三金屬粉末之間並增加具有複數個孔隙之毛細結構中第三金屬粉末與第四金屬粉末間的黏結強度。

在另一具體實施例中，其中有機溶劑之揮發溫度不高於200℃，聚合物之燒除溫度不高於500℃，第一金屬粉末及第二金屬粉末之燒結溫度不低於600℃，並高於金屬上蓋及金屬底板之封合焊接溫度。

本文中所述的粒徑，可以藉由篩網所大略地控制。舉例而言，用500mesh的篩網和300mesh的篩網偕同過篩後，可以獲得粒徑尺寸分布於25um~48um的粉末顆粒。篩出之粉末顆粒平均粒徑(D₅₀)則是可再經過沉降法、雷射法、篩分法、圖像法和電阻法等常見之方式而計算出來。

綜上所述，本發明之製作具有毛細結構之均溫板的方法，係可利用自動印刷製程進行量產。對於元件厚度較大的均溫板而言，本方法係利用金屬漿料來取代以往單純的銅質粉末來進行鋪設，以此解決粉末飄 散或鋪設不均等問題。另對於超薄的均溫板元件而言，本方法係利用金屬漿料來取代目前以鋪置銅網及編織網的方式，以此解決毛細結構厚度及內部氣道的空間大小不易控制以及量產不易自動化等問體。此外，本發明之製作方法可以利用調控金屬漿料之固含量及金屬底板之溝槽結構的深度來調整均溫板元件之毛細結構的厚度及內部氣道的空間大小，藉此本方法可以提供量產客製化之毛細結構的均溫板。

S1~S8:步驟

1:金屬漿料

10:第一金屬粉末

11:第二金屬粉末

12:膠體

13:毛細結構

14:鍍銀層

15:第三金屬粉末

16:第四金屬粉末

160:直徑

161:厚度

2:均溫板

20:金屬上蓋

21:金屬底板

210:溝槽結構

211:密閉空腔

212:內部氣道

213:吸熱端

214:冷凝端

215:輔助氣道

216:第一溝槽結構

217:第二溝槽結構

30:鋼板

31:刮刀

圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構之均溫板的方法之步驟流程圖。

圖2係繪示根據本發明之一具體實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構之均溫板的方法之流程示意圖。

圖3係繪示根據圖1之金屬漿料之組成示意圖。

圖4與圖5係分別繪示本發明之不同實施例中金屬底板之溝槽結構及金屬漿料鋪設區域的俯視圖。

圖6與圖7係分別繪示本發明之其他不同實施例中金屬底板之溝槽結構及金屬漿料鋪設區域的俯視圖。

圖8係繪示根據圖6與圖7之其他不同實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構之均溫板的方法之步驟流程圖。

圖9係繪示根據本發明之再一具體實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構之均溫板的方法之步驟流程圖。

圖10A與圖10B係分別繪示本發明不同實施例之金屬上蓋之結構示意圖。

圖11A係繪示根據本發明之一具體實施例之金屬漿料的固含量較高之毛細結構示意圖。

圖11B係繪示根據本發明之一具體實施例之金屬漿料的固含量較低之毛細結構示意圖。

圖12係繪示根據本發明之一具體實施例之第二金屬粉末之結構示意圖。

圖13係繪示根據本發明之另一具體實施例之金屬漿料之組成示意圖。

圖14係繪示根據本發明之另一具體實施例之第四金屬粉末之結構示意圖。

圖15A及15B係繪示根據本發明之另一具體實施例之金屬漿料中第三金屬粉末和第四金屬粉末燒結前後之結構示意圖。

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。

於一具體實施例中，本發明之以金屬漿料1製作毛細結構13的方法，應用於製作均溫板2中之毛細結構13。此均溫板2具有金屬底板21，且此金屬底板21具有溝槽結構210。此方法包含有以下步驟：提供金屬漿料1，其包含有膠體12、第一金屬粉末10以及第二金屬粉末11。膠體12包含有聚合物以及有機溶劑。第一金屬粉末10及第二金屬粉末11分散並懸浮於膠體12中。其中，第一金屬粉末10之粒徑不大於53um(270mesh)，第二金屬粉末11之粒徑不大於13um(1000mesh)；鋪設金屬漿料1於金屬底板21之溝槽結構210中；將承載金屬漿料1之金屬底板21放置於加熱爐中；加熱使金屬漿料1中之膠體12中的有機溶劑揮發；在無氧環境下進行烘烤(Baking)，使金屬漿料1中的聚合物燒除；以及在無氧環境下進行燒結(Sintering)並冷卻，使第一金屬粉末10與第二金屬粉末11於溝槽結構210中形成具有複數個孔隙之毛細結構13，且毛細結構13之厚度小於溝槽結構210之深度。

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鋼版印刷製作具有毛細結構13之均溫板2的方法之步驟流程圖，圖2係繪示根據本發明之一具體實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構13之均溫板2的方法之流程示意圖，圖3係繪示根據圖1之金屬漿料1之組成示意圖。如圖1至圖3所示，於一具體實施例中，本發明之鋼版印刷製作均溫板2(Vapor Chamber)中毛細結構13的方法以及此均溫板2之結構，其包含有以下步驟：步驟S1：提供具有溝槽結構210之金屬底板21；步驟S2：提供混合有兩種不同金屬粉末之金屬漿料1；步驟S3：以鋼版印刷製程將金屬漿料1鋪置於金 屬底板21之溝槽結構210中；步驟S4：加熱以使金屬漿料1中的有機溶劑揮發；步驟S5：在無氧環境下進行烘烤使金屬漿料1中的聚合物燒除；步驟S6：在無氧環境下進行燒結並泠卻使金屬漿料1之兩種金屬粉末以形成毛細結構13；步驟S7：接合金屬底板21及金屬上蓋20以形成均溫板2的結構，其中均溫板2之結構內部具有密閉空腔211。

如圖3所示，於前述之具體實施例中之金屬漿料1可包含有第一金屬粉末10、第二金屬粉末11及膠體12。此膠體12包含有聚合物及有機溶劑。於實際應用中，聚合物為樹脂，有機溶劑為醇類有機溶劑。為了調整金屬漿料之特性，膠體中亦可滲入微量之分散劑或界面活性劑等成份。於一具體實施例中，第一金屬粉末10與第二金屬粉末11為粒徑大小不一之粉體，尤其是指複數個類球狀銅質顆粒集合而成的粉末。在一具體實施例中，其中第一金屬粉末10，特別是類球狀銅粉末，粒徑分佈介於13um~53um之間，而第二金屬粉末11，特別是類球狀銅粉末，粒徑分佈則介於1.3um~13um之間。

請參閱圖2、圖4及圖5，圖4與圖5係分別繪示本發明之不同實施例中金屬底板21之溝槽結構210及金屬漿料1鋪設區域的俯視圖。於實際應用中，均溫板2可為具有熱傳導方向性之條形熱管板(Heat Pipe Plate)。如圖2、圖4及圖5所示，圖4為直條狀溝槽結構210的金屬底板，而圖5則是兩端具有不同分散範圍設計的曲線狀溝槽結構210的金屬底板21。其中，圖5中之金屬底板21的設計原理係藉由兩端分散範圍大小的不同來提升散熱效率。進一步來說，以圖5所示之設計之均溫板2，此一具體實施例之金屬底板21具有分散範圍較小之吸熱端213與分散範圍較大之冷凝端214。吸熱 端213可接觸發熱源，而毛細結構13內的工作流體於吸熱端213受熱變相至氣相。氣相之工作流體將沿著溝槽結構210所形成之密閉空腔211中的內部氣到212移動至冷凝端214，並於冷凝端214將潛熱散去而變相至液相。其中，吸熱端213之分散範圍較小之設計係為了吻合發熱為高密度的熱點(Hot Spot)區；冷凝端214之分散範圍較大之設計係為了增大散熱範圍，以提高冷凝散熱效率。

請複參閱圖2及圖3，接下來將圖4中沿著A至A’線進行剖面和於圖5中沿著B至B’線進行剖面得到如圖2之具有溝槽結構210之金屬底板21剖面圖，以鋼版印刷製程將金屬漿料1鋪設於底板21之構槽結構210的步驟作進一步說明。本發明之方法鋪設方式可為利用具有與溝槽結構210之相對應孔洞的鋼板30進行鋪設。如圖2所示，首先，鋼板30上設置有數個孔洞對應底板21中需形成毛細結構13之溝槽結構210，將鋼板30放置在金屬底板21上。接著，使用刮刀31以鋼版印刷的方式刮動金屬漿料1。此時，金屬漿料1會穿過鋼板30上的孔洞塗佈而被鋪置至金屬底板21之溝槽結構210內。鋪置完成後，將含有金屬漿料1的金屬底板21進行不同溫度之加熱、烘烤及燒結。於加熱時，膠體12內之有機溶劑會因為沸點較低而完全蒸散掉。接著，提高溫度進行烘烤，膠體12內之聚合物進一步燒除，僅留下第一金屬粉末10與第二金屬粉末11之混合結構。接著，進行更高溫之燒結過程並冷卻。此時，第一金屬粉末10及第二金屬粉末11就會形成多孔性之毛細結構13。在此，可以了解的是，當金屬漿料1中的膠體12被去除後，原金屬漿料1的體積將會縮小，而體積縮小的比率可以由金屬漿料1的固含量(Solid Content)來進行調整。此外，金屬底板21之溝槽210中毛細結構13的厚度也 由金屬漿料1的固含量及第一金屬粉末10及第二金屬粉末11的物理特性而決定。

最後將金屬上蓋20與金屬底板21接合以形成具有密閉空腔211之均溫板2的結構。其中，毛細結構13與金屬上蓋20之間將形成內部氣道212於密閉空腔211(圖中以虛線標示)中。內部氣道212可以提供氣相之工作流體能於密閉空腔211中快速的流動。

請參閱圖6至圖8，圖6與圖7係分別繪示本發明之其他不同實施例中金屬底板21之溝槽結構210及金屬漿料1鋪設區域的俯視圖，圖8係繪示根據圖6與圖7之其他不同實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構13之均溫板2的方法之步驟流程圖。除了前述之不同溝槽結構210之金屬底板外，於實際應用中，更包含有如圖6及圖7所示之包含有第一溝槽結構216及第二溝槽結構217之金屬底板21設計。

將圖6中沿著C至C’線進行剖面和於圖7中沿著D至D’線進行剖面得到如圖8之具有第一溝槽結構216及第二溝槽結構217之金屬底板21剖面圖，以鋼版印刷製程將金屬漿料1鋪設於金屬底板21之構槽結構210的步驟作進一步說明。此製成具有毛細結構13之均溫板2的方法與前述相同，在此不再多加贅述。與前述不同的是，欲製作成具有輔助氣道215的金屬底板21所包含有第一溝槽結構216及第二溝槽結構217，而鋼板30上僅具有與第一溝槽結構216相對應之孔洞。藉此，將此鋼板30放置於金屬底板21上，進行印刷製程時，僅有第一溝槽結構216會被鋪設金屬漿料1並燒結成毛細結構13。於接合金屬上蓋20及金屬底板21的步驟後，將形成具有毛細結構13的密閉空腔211及輔助氣道215。圖8中所示之輔助氣道215為未具有毛細 結構13之密閉空腔211，僅作為氣相之工作流體的輔助流道。合併參閱圖6及圖7，以圖6及圖7之金屬底板21所做成的均溫板2結構，其第二溝槽結構217將形成輔助氣道215，輔助氣道215能讓吸熱端213之相變化所產生的潛熱的氣體可傳導及流通的空間更大，這對於要製作更超薄的均溫板2，而其密閉空腔211厚度又被限制時，輔助氣道215可以維持均溫板2解熱及散熱的能力。

請參閱圖9、圖10A及圖10B，圖9係繪示根據本發明之再一具體實施例之鋼版印刷製作具有毛細結構13之均溫板2的方法之步驟流程圖，圖10A與圖10B係分別繪示本發明不同實施例之金屬上蓋20之結構示意圖。如圖9所示，於一具體實施例中，本發明之製作方法於接合金屬底板21及金屬上蓋20以形成均溫板2的結構之步驟前，更包含有以下步驟：步驟S8：確認毛細結構13之厚度。此步驟可以確保承載具有毛細結構13之金屬底板21與金屬上蓋20接合後，內部氣道212(圖中以虛線標示)能於密閉空腔211確實形成，進而確保均溫板2之元件成品的散熱效果。於實際應用中，金屬漿料1被加熱及烘烤後，膠體12從金屬漿料1中被去除，經燒結及冷卻後最後形成的毛細結構13的厚度會小於金屬漿料1舖設在金屬底板21之溝槽結構210的厚度。毛細結構13之厚度的縮減又取決於原先金屬漿料1的固含量。因此，僅要事先確認金屬漿料1的固含量，於鋼版印刷金屬漿料1時，確保金屬漿料1填滿在溝槽結構210中，形成的毛細結構13的厚度自然會低於溝槽結構210之深度，進而得以在溝槽結構210中的毛細結構13上方留下一空間。如圖10A及10B所示，前述之金屬上蓋20可為平板結構或具有與金屬底板21相對應之溝槽結構210，由圖可知不同的金屬上蓋20亦會影響內部 氣道212的大小。

請參閱圖11A及圖11B，圖11A係繪示根據本發明之一具體實施例之金屬漿料1的固含量較高之毛細結構13示意圖，圖11B係繪示根據本發明之一具體實施例之金屬漿料1的固含量較低之毛細結構13示意圖。於實際應用中，毛細結構13之厚度可藉由金屬漿料1的固含量以及溝槽結構210之深度來調整。如圖11A及圖11B所示，圖11A所鋪設的為固含量較高之金屬漿料1，而圖11B所鋪設的為固含量較低之金屬漿料1。當毛細結構13形成後，固含量較高之金屬漿料1所形成的毛細結構13之厚度大於固含量較低之金屬漿料1所形成的毛細結構13。於鋼版印刷製程中，金屬漿料1鋪設的厚度將等於或小於溝槽結構210之深度，因此毛細結構13的厚度亦可利用溝槽結構210之深度進行調整。於實際應用中，均溫板2的元件厚度小於0.4mm，毛細結構13的厚度可控制在小於100um。當均溫板2的元件厚度只有0.3mm時，毛細結構13的厚度可控制在小於50um。此外，金屬漿料1中之第一金屬粉末10及第二金屬粉末11之含量比值也可作為毛細結構13之厚度的調整。本發明之方法可以藉由金屬漿料1之固含量、溝槽結構210之深度以及金屬漿料1中第一金屬粉末10與第二金屬粉末11之含量比值來達到客製化之毛細結構13。

請參閱圖12，圖12係繪示根據本發明之一具體實施例之第二金屬粉末11之結構示意圖。如圖12所示，本發明之第二金屬粉末11表面可包含有一層鍍銀層14，且此鍍銀層14之厚度小於100nm。其中，此鍍銀層14可以降低第二金屬粉末11之液相燒結溫度。

於一具體實施例中，金屬底板21之溝槽結構210中所鋪設之 金屬漿料1中的第一金屬粉末10與第二金屬粉末11燒結形成毛細結構13之步驟可於氮氣(N₂)或氮氫混合之環境中進行，以避免過度氧化之問題發生。此外，本發明之具體實施例，將具流變性之金屬漿料1鋪置在金屬底板21之溝槽結構210中的方式可以是鋼版印刷製程(Stencil Printing Process)、網版印刷製程(Screen Printing Process)或點膠製程(Dispensing Process)。

請參閱圖13及圖14，圖13係繪示根據本發明之另一具體實施例之金屬漿料1之組成示意圖，圖14係繪示根據本發明之另一具體實施例之第四金屬粉末之結構示意圖。。除了上述金屬漿料1為不同粒徑大小之第一金屬粉末10及第二金屬粉末11外，如圖13所示於另一具體實施例中，金屬漿料1亦可為不同形狀之類球狀之第三金屬粉末15(以斜線標示)及薄片狀之第四金屬粉末16(以空白標示)。實際應用中，第三金屬粉末15之粒徑為小於53um(270mesh)之類球形銅粉末。第四金屬粉末為厚度小於1um之薄片狀銅粉末，且其薄片狀之直徑160及厚度161所得之平均徑厚比大於30。此外，如圖14所示，第四金屬粉末16之外層亦可與前述之第二金屬粉末11一樣具有一鍍銀(Ag)層14，鍍銀層厚度小於100um。

請參閱圖15A及圖15B，圖15A及15B係繪示根據本發明之另一具體實施例之金屬漿料中第三金屬粉末和第四金屬粉末燒結前後之結構示意圖。圖15A為側視圖，而圖15B為俯瞰圖。如圖15A所示，在毛細結構形成的燒結過程中類球狀之第三金屬粉末15被薄片狀之第四金屬粉末16圍繞，薄片狀之第四金屬粉末16因液相燒結而破裂並進行擴散及黏滯流動，因此增加多孔性毛細結構中第三金屬粉末15與第四金屬粉末16間的黏結。如圖15B所示，燒結後薄片狀之第四金屬粉末16像破網般黏結周邊的第 三金屬粉末15顆粒。

此外，上述之金屬底板21、第一金屬粉末10、第二金屬粉末11、第三金屬粉末15及第四金屬粉末16之材質為銅、銅合金、鎳、鈦和銀中之其中一種。有機溶劑之揮發溫度不高於200℃，聚合物之燒除溫度不高於500℃，第一金屬粉末10、第二金屬粉末11、第三金屬粉末15及第四金屬粉末16之燒結溫度不低於600℃。於一具體實施例中，第一金屬粉末之材質為純銅(Cu)或銅合金(Cu Alloy)，第二金屬粉末之材質為是鎳，金屬漿料是較大的銅粉末和較小的鎳粉末組成。於另一具體實施例中，第一金屬粉末包含純銅(Cu)或銅合金(Cu Alloy)，第二金屬粉末是鈦，金屬漿料是較大的銅粉末和較小的鈦粉末組成。

綜上所述，本發明之製作均溫板2之毛細結構13的方法，係利用金屬漿料1之鋪置、加熱、烘烤、燒結來進行量產。具體的實施方法利用自動化的鋼版印刷工法將具流變性之金屬漿料1鋪置在金屬底板21之溝槽結構210中，藉以取代目前用人工輔以治具鋪置銅網及編織網來製作毛細結構之方法，以此解決量產及良率問題。此外，本發明之製作方法可以利用調控金屬漿料1之固含量以及金屬底板21之溝槽結構210的深度來調整毛細結構13的厚度，並可以金屬漿料1中之第一金屬粉末10與第二金屬粉末11或第三金屬粉末15與薄片狀之第四金屬粉末16之含量比值作為毛細結構13之孔隙率的調整。藉此，本方法可以實現厚度0.3mm或更薄之均温板2或熱管板之量產課題。

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。

1:金屬漿料

13:毛細結構

2:均溫板

20:金屬上蓋

21:金屬底板

210:溝槽結構

211:密閉空腔

212:內部氣道

30:鋼板

31:刮刀

Claims (10)

1. 一種以金屬漿料製作毛細結構的方法，應用於製作一均溫板中之一毛細結構，該均溫板具有一金屬底板，該金屬底板具有一溝槽結構，此方法包含有以下步驟：

   提供一金屬漿料，其包含有一膠體、一第一金屬粉末以及一第二金屬粉末，該膠體包含一聚合物及一有機溶劑，該第一金屬粉末以及該第二金屬粉末分散並懸浮於該膠體中，其中該第一金屬粉末之粒徑不大於53um，該第二金屬粉末之粒徑不大於13um；

   鋪設該金屬漿料於該金屬底板之該溝槽結構中；

   將承載該金屬漿料之該金屬底板放置於一加熱爐中；

   加熱使該金屬漿料中之該膠體中的該有機溶劑揮發；

   在無氧環境下進行烘烤，使該金屬漿料中的該聚合物燒除；以及

   在無氧環境下進行燒結並冷卻，使該第一金屬粉末與該第二金屬粉末於該溝槽結構中形成具有複數個孔隙之該毛細結構，且該毛細結構之厚度小於該溝槽結構之深度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中於鋪設該金屬漿料於該金屬底板之該溝槽結構中之步驟中的鋪設方式包含鋼版印刷、網版印刷或點膠。
3. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該金屬底板、該第一金屬粉末以及該第二金屬粉末之材質為銅或銅合金。
4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第二金屬粉末之表面包含有一鍍銀層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該有機溶劑之揮發溫度不高於200℃，該聚合物之燒除溫度不高於500℃，該第一金屬粉末及第二金 屬粉末之燒結溫度不低於600℃。
6. 一種以金屬漿料製作毛細結構的方法，應用於製作一均溫板中之一毛細結構，該均溫板具有一金屬底板，該金屬底板具有一溝槽結構，此方法包含有以下步驟：

   提供一金屬漿料，其包含有一膠體、一第三金屬粉末以及一第四金屬粉末，該膠體包含一聚合物及一有機溶劑，該第三金屬粉末以及該第四金屬粉末分散並懸浮於該膠體中，其中該第三金屬粉末之粒徑不大於53um，該第四金屬粉末為薄片狀之金屬粉末，其片狀平均厚度不超過1um；

   鋪設該金屬漿料於該金屬底板之該溝槽結構中；

   將承載該金屬漿料之該金屬底板放置於一加熱爐中；

   加熱使該金屬漿料中之該膠體中的該有機溶劑揮發；

   在無氧環境下進行烘烤，使該金屬漿料中的該聚合物燒除；以及

   在無氧環境下進行燒結並冷卻，使該第一金屬粉末與該第二金屬粉末於該溝槽結構中形成具有複數個孔隙之該毛細結構，且該毛細結構之厚度小於該溝槽結構之深度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中於鋪設該金屬漿料於該金屬底板之該溝槽結構中之步驟中的鋪設方式包含鋼版印刷、網版印刷或點膠。
8. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該金屬底板、該第三金屬粉末以及該第四金屬粉末之材質為銅或銅合金。
9. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該第四金屬粉末之表面包含有一鍍銀層。
10. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中該有機溶劑之揮發溫度不高於200℃，該聚合物之燒除溫度不高於500℃，該第三金屬粉末及第四金 屬粉末之燒結溫度不低於600℃。

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