TWI726765B

TWI726765B - 均溫板

Info

Publication number: TWI726765B
Application number: TW109123062A
Authority: TW
Inventors: 陳志偉; 張天曜; 郭哲瑋; 莊翔智
Original assignee: 雙鴻科技股份有限公司
Priority date: 2020-07-08
Filing date: 2020-07-08
Publication date: 2021-05-01
Also published as: TW202202795A; US20220015265A1

Abstract

本發明提供一種均溫板，包括：基板；導流層，設於該基板上，並具有第一開孔及第二開孔；以及至少一液體通道，形成於該基板及該導流層之間；其中，該均溫板定義有對應一發熱源之蒸發區及至少一冷凝區，且其中，對應於該蒸發區及該冷凝區之該第一開孔之尺寸不同於對應於非蒸發區及非冷凝區之第二開孔之尺寸。

Description

均溫板

本發明涉及散熱領域，尤指一種均溫板。

因應現代化需求，電腦與各種電子裝置發展快速且效能不斷地提昇，但在此過程中，高效能之硬體所帶來之散熱問題亦隨之而來。一般而言，電腦與各種電子裝置通常會使用散熱元件來進行散熱，例如使用散熱膏或散熱片來貼附於欲散熱之電子元件上，以將熱吸出並逸散。然而，此種散熱方式效果有限，因而發展出使用工作流體的相變化來促進熱傳導之散熱元件。

上述之散熱元件係藉由工作流體的相變化及流動方向來達到傳輸熱量的目的，例如工作流體在毛細結構上的流動方向與工作流體變成蒸氣後的蒸氣流之流動方向互為相反，但為一循環方向。然而，現有之散熱元件仍存有工作流體與蒸氣流在同一通道空間內流動而有容易相互干擾之問題，尤其是當蒸氣流之剪應力大於工作流體之表面張力時，位於交界面處之工作流體會發生飛散現象，甚或是工作流體夾帶蒸氣流而逆向回流，導致熱傳輸效率不佳。

是以，如何提供一種可解決上述問題之均溫板，是目前業界所亟待克服之課題之一。

本發明之一目的在於提供一種均溫板，定義有對應一發熱源之一蒸發區及至少一冷凝區，該均溫板包括：第一基板；導流層，設於該第一基板上，並具有複數個第一開孔及複數個第二開孔，其中，該複數個第一開孔之位置係對應該蒸發區及該冷凝區，該複數個第二開孔之位置係未對應該蒸發區及該冷凝區，且該複數個第一開孔之尺寸不同於該複數個第二開孔之尺寸；複數個液體通道，形成於該第一基板及該導流層之間；第二基板，設於該導流層上方，以在該導流層及該第二基板之間形成氣流通道；以及工作流體，填充於該複數個液體通道內，該工作流體在該蒸發區吸收該發熱源之熱量後氣化，且經氣化之該工作流體係通過對應該蒸發區的各該第一開孔而沿該氣流通道移動到該冷凝區，且在該冷凝區中冷凝及液化，經液化之該工作流體通過對應該冷凝區的各該第一開孔後再沿著該複數個液體通道流回該蒸發區。

前述之均溫板中，該複數個第一開孔之設置密度大於該複數個第二開孔之設置密度。

前述之均溫板中，各該複數個第一開孔之孔徑與該複數個第一開孔之間的間距之比例為1：1。

前述之均溫板中，各該複數個第二開孔之孔徑與該複數個第二開孔之間的間距之比例範圍為1：2至1：4。

前述之均溫板中，該複數個第一開孔之尺寸大於該複數個第二開孔之尺寸。

前述之均溫板中，該複數個第一開孔之孔徑範圍為0.01mm至0.3mm，且該複數個第二開孔之孔徑範圍為0.005mm至0.2mm。

前述之均溫板中，該複數個液體通道為凹陷於該第一基板之表面的複數個溝槽，或為顆粒燒結體、金屬網體或其組合。

前述之均溫板中，各該複數個溝槽之寬度範圍為0.03mm至0.3mm，且其中，各該複數個溝槽之深度範圍為0.01mm至0.15mm。

前述之均溫板中，該複數個溝槽係透過濕式蝕刻形成。

前述之均溫板中，該複數個溝槽為長條形、弧形、方形或具有指向性之外形。

前述之均溫板中，該具有指向性之外形為對應該冷凝區之部分的寬度大於對應該蒸發區之部分的寬度。

前述之均溫板中，該導流層之厚度範圍為0.005mm至0.05mm。

前述之均溫板中，更包括至少一具有複數個通孔之薄膜層，係設於該導流層與該第一基板之間，其中，對應於該複數個第一開孔之位置之該複數個通孔之尺寸係大於所對應之該複數個第一開孔之尺寸。

前述之均溫板中，更包括複數個薄膜層，係彼此堆疊於該導流層與該第一基板之間，其中，該複數個薄膜層各具有複數個通孔，且該複數個薄膜層之一者所具有之複數個通孔係未完全對準該複數個薄膜層之另一者所具有之複數個通孔。

前述之均溫板中，該複數個通孔為十字形、三角形、星形、規則多邊形或不規則多邊形。

前述之均溫板中，更包括至少一薄膜層，係設於該導流層與該第二基板之間並接觸該導流層及該第二基板，其中，該薄膜層內設有該氣流通道。

本發明之另一目的在於提供一種均溫板，包括：基板；導流層，設於該基板上，並具有第一開孔及第二開孔；以及至少一液體通道，形成於該基板及該導流層之間；其中，該均溫板定義有對應一發熱源之蒸發區、至少一冷凝區以及該蒸發區與該冷凝區之間之至少一絕熱區；其中，該第一開孔之位置係對應該蒸發區及該冷凝區，該第二開孔之位置係對應於該絕熱區，且該第一開孔之尺寸不同於該第二開孔之尺寸。

前述之均溫板中，該第一開孔之設置密度大於該第二開孔之設置密度。

前述之均溫板中，該第一開孔之孔徑與該第一開孔彼此之間的間距之比例為1：1。

前述之均溫板中，該第二開孔之孔徑與該第二開孔彼此之間的間距之比例範圍為1：2至1：4。

前述之均溫板中，該第一開孔之孔徑大於該第二開孔之孔徑。

前述之均溫板中，該第一開孔之孔徑範圍為0.01mm至0.3mm，且該第二開孔之孔徑範圍為0.005mm至0.2mm。

前述之均溫板中，該液體通道為凹陷於該基板之表面的溝槽，或為顆粒燒結體、金屬網體或其組合。

前述之均溫板中，該溝槽之寬度範圍為0.03mm至0.3mm，且其中，該溝槽之深度範圍為0.01mm至0.15mm。

前述之均溫板中，該溝槽係透過濕式蝕刻形成。

前述之均溫板中，該溝槽為長條形、弧形、方形或具有指向性之外形。

前述之均溫板中，該導流層之厚度範圍為0.005mm至0.05mm。

前述之均溫板中，更包括至少一具有通孔之薄膜層，設於該導流層與該基板之間，其中，對應於該第一開孔之位置之通孔之孔徑係大於所對應之該第一開孔之孔徑。

前述之均溫板中，更包括複數個薄膜層，係彼此堆疊於該導流層與該基板之間，其中，該複數個薄膜層各具有複數個通孔，且該複數個薄膜層之一者所具有之複數個通孔係未完全對準該複數個薄膜層之另一者所具有之複數個通孔。

前述之均溫板中，更包括至少一薄膜層，係設於該導流層上，其中，該薄膜層內設有氣流通道。

1:均溫板

11:第一基板

111:蒸發區

112:冷凝區

113:絕熱區

114:液體通道

115、115A、115B:柱體

12:導流層

121:第一開孔

122:第二開孔

13:第二基板

131、181:氣流通道

132:支撐柱

133:內表面

14:工作流體

141:液化後的工作流體

142:氣化後的工作流體

15、16、17、18:薄膜層

151、152、161、171、161’、171’:通孔

1611、1612、1613、1614、1711、1712、1713、1714:端部

2:發熱源

D1、D2:孔徑

P1、P2:間距

圖1A為本發明均溫板之使用示意圖。

圖1B為本發明均溫板之分解示意圖。

圖2為本發明均溫板之剖面示意圖。

圖3為本發明均溫板中導流層之一表面示意圖。

圖4為本發明均溫板中導流層之第一開孔之實施示意圖。

圖5為本發明均溫板中導流層之第二開孔之實施示意圖。

圖6A至圖6B為本發明均溫板中液體通道之不同實施例之局部上視示意圖。

圖7為本發明均溫板之另一實施例之剖面示意圖。

圖8A為本發明均溫板中複數個薄膜層之一實施例之分解示意圖。

圖8B及圖8C為本發明均溫板之複數個薄膜層堆疊前後的通孔對應之示意圖。

圖9A為本發明均溫板之再一實施例之剖面示意圖。

圖9B為圖9A中之薄膜層之上視示意圖。

以下藉由特定之具體實施例加以說明本發明之實施方式，而熟悉此技術之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點和功效，亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用。

請參閱圖1A、圖1B、圖2及圖3，本發明之均溫板1包括第一基板11、導流層12及第二基板13，而本發明之均溫板1可接觸至少一發熱源2，而該均溫板1可定義出對應發熱源2之蒸發區111與至少一冷凝區112，以及除了蒸發區111及冷凝區112之外的絕熱區113。以下係以一個發熱源2、一個蒸發區111、一個冷凝區112及一個絕熱區113來作說明，但本發明並不以此為限。要先說明的是，圖2係以省略圖1B中的柱體115及支撐柱132來繪製，其目的在於為了清楚說明工作流體14的流動方向。

第一基板11與導流層12之間可形成有複數個液體通道114，用以填充工作流體14。於一實施例中，液體通道114可為顆粒燒結體、金屬網體、溝槽或其組合所形成，其中，顆粒燒結體是指以金屬粉末燒結所形成之具有多個毛細孔或相連通孔洞的組織或結構，而金屬網體則是指以金屬編織成之具有多個網目的編織網。另外，如圖1B所示，所謂的溝槽是指使用濕式蝕刻於第一基板11之表面上而蝕刻出凹陷於第一基板11之表面的複數個柱體115，複數個柱體115彼此之間的間隙可構成相互連通之複數個溝槽，以令工作流體14填充於其中。

於一實施例中，溝槽之寬度範圍為0.03mm至0.3mm(亦即是各柱體115之間的間隔)，深度範圍為0.01mm至0.15mm(亦即是各柱體115的高度，或是自第一基板11之表面所凹陷之深度)，但本發明並不以此為限，且本發明亦不限制溝槽之數量(即不限制柱體之數量)。

於另一實施例中，本發明均溫板1可根據需求而同時具有不同寬度及深度之溝槽，例如可設置大多數為較小寬度之溝槽(例如寬度為0.05至0.1mm)，同時可特定設置一較大寬度(例如為0.1至0.5mm)之溝槽，使得此較大寬度之溝槽可容納較多工作流體14，而其他較小寬度之溝槽可用來提供較強的毛細力，增加傳輸效能。如圖6A所示，柱體115A(或柱體115B)彼此之間的寬度較小，而柱體115A與柱體115B之間的寬度較大。

再於一實施例中，溝槽之寬度及深度可依據第一基板11之總厚度而有所不同。例如，在第一基板11之總厚度為0.05mm至0.1mm時，溝槽之寬度範圍可為0.05mm至0.2mm，深度範圍可為0.03mm至0.08mm。在第一基板11之總厚度為0.12mm至0.2mm時，溝槽之寬度範圍可為0.08mm至0.3mm，深度範圍可為0.05mm至0.15mm。在第一基板11之總厚度為0.02mm至0.05mm時，溝槽之寬度範圍可為0.03mm至0.1mm，深度範圍可為0.01mm至0.04mm。但本發明並不限於上述第一基板11之總厚度及溝槽之寬度與深度範圍。

再於一實施例中，液體通道114可有各種不同實施方式。如圖6B所示，液體通道114亦可為具有指向性之外形，例如為梯形，即液體通道114對應冷凝區112之部分的寬度(柱體115A與柱體115B之間的寬度)大於對應蒸發區111之部分的寬度(柱體115A與柱體115B之間的寬度)，此將使在冷凝區112的工作流體14可更容易流向蒸發區111。另外，液體通道114亦可為長條形、弧形或方形等，只需要通過柱體115之間不同的配置方式即可形成，但本發明並不以此為限。

導流層12設於第一基板11及液體通道114上，並具有複數個第一開孔121及複數個第二開孔122，第一開孔121及第二開孔122皆貫穿導流層12之二表面。於一實施例中，第一開孔121及第二開孔122係使用蝕刻、雷射雕刻、沖孔等製程來形成，而使導流層12形成網孔結構，但本發明並不以此為限。另外，第一開孔121之位置係對應蒸發區111及冷凝區112，第二開孔122之位置係對應絕熱區113，即第二開孔122之位置不會在蒸發區111及冷凝區112。又，第一開孔121之尺寸(孔徑)係不同於第二開孔122之尺寸(孔徑)。

於一實施例中，第一開孔121之尺寸(孔徑)係大於第二開孔122之尺寸(孔徑)，例如，第一開孔121之孔徑範圍可為0.01mm至0.3mm，而第二開孔122之孔徑範圍可為0.005mm至0.2mm，使得第一開孔121可透氣透水，而第二開孔122可透氣但不透水，但本發明並不以此為限。另外，導流層12之厚度範圍可為0.005mm至0.05mm，最佳為0.025mm以下，但本發明並不以此為限。

於一實施例中，第一開孔121設置在第一基板11上之密度可大於第二開孔122設置於第一基板11上之密度。例如，對應蒸發區111之第一開孔121之設置密度可大於對應絕熱區113之第二開孔122之設置密度。又，對應蒸發區 111及冷凝區112之第一開孔121之設置密度可同時大於對應絕熱區113之第二開孔122之設置密度，亦可僅對應蒸發區111及冷凝區112中其中一者之第一開孔121之設置密度大於對應絕熱區113之第二開孔122之設置密度，本發明並不以此為限。

請參閱圖4，第一開孔121之設置密度可藉由第一開孔121之孔徑及第一開孔121之間的間距來決定，例如，第一開孔121之孔徑D1與各第一開孔121之間的間距P1之比例為1：1，但本發明並不以此為限。

請參閱圖5，第二開孔122之設置密度可藉由第二開孔122之孔徑及第二開孔122之間的間距來決定，例如，第二開孔122之孔徑D2與各第二開孔122之間的間距P2之比例範圍為1：2至1：4，但本發明並不以此為限。

第二基板13設於導流層12上，且由於第二基板13之內表面133形成有凹陷於該內表面133之複數個支撐柱132，故於導流層12及第二基板13之各支撐柱132之間可形成氣流通道131。於一實施例中，如圖1B及圖2所示，第二基板13可接置第一基板11並以支撐柱132抵接導流層12，以第二基板13之一部分密封第一基板11之一部分，使得工作流體14可完全密封在液體通道114內，並令支撐柱132具備加強支撐氣流通道131之功能。

於一實施例中，第一基板11及第二基板13之材質可為銅、銀、鋁、鋼、鈦或其合金、不鏽鋼等高導熱性金屬，而導流層12之材質可為純銅、銅合金、石墨等耐高溫材料，但本發明並不以此為限。如第一基板11、第二基板13及導流層12之材質皆為銅，還可利用燒結方式融合成一體。

本發明之均溫板1在使用時，如圖2所示，工作流體14在蒸發區111吸收發熱源2之熱量後氣化，氣化後的工作流體142通過對應蒸發區111的第一開孔121到達氣流通道131，並沿著氣流通道131移動到冷凝區112。之後，氣化後的工作流體142可在冷凝區112進行冷凝(等待降溫)，並液化於導流層12之表面，而液化後的工作流體141可藉由表面張力作用被吸入位於冷凝區112之導流層的第一開孔121中並接著到達液體通道114，再沿著液體通道114流回蒸發區111並可再次受熱氣化，以完成一整個散熱循環。

於一實施例中，可根據使用狀況來設定冷凝區112之數量為一個或複數個，亦可根據發熱源2之數量來設定蒸發區111之數量，只要冷凝區112與蒸發區111之間有液體通道114及氣流通道131相互連通即可，本發明並不以此為限。

請參閱圖7，本發明之均溫板1可更包括至少一薄膜層15，該薄膜層15設於導流層12與第一基板11之間，並具有複數個通孔151、152。對應第一開孔121之位置的通孔151之尺寸，係大於所對應之第一開孔121之尺寸，而對應第二開孔122之位置的通孔152之尺寸，可約等於所對應之第二開孔122之尺寸。如此一來，在蒸發區111的工作流體14可先通過較大之通孔151後，再進入相對較小之第一開孔121，此結構有利於毛細現象(即通孔151係作為液體通道114在蒸發區111之延伸結構)。相同地，在冷凝區112中已氣化之工作流體14經冷凝及液化後，先通過較小之第一開孔121，再進入相對較大之通孔151，最後到達液體通道114，此結構將有利於冷凝現象(即通孔151係作為液體通道114在冷凝區112之延伸結構)。在本實施例中，薄膜層15可為一層或複數層，其材質可為純銅、銅合金、石墨等耐高溫材料，且薄膜層15的材質與厚度可相同或不同於導流層12，但本發明並不以此為限。在複數層的情形，鄰近第一基板11之薄膜層中的通孔尺寸將大於遠離第一基板11之薄膜層中的通孔尺寸，以使各層薄膜層中的通孔呈現金字塔結構，來強化毛細現象及冷凝現象，亦可具備支撐作用。通孔151、152係使用蝕刻、雷射雕刻、沖孔等製程來形成，但本發明並不以此為限。

請參閱圖8A、圖8B及圖8C，其為圖7所示均溫板1之不同實施例，且圖8A僅繪製與圖7之不同處，即僅繪製薄膜層16、17及導流層12。換言之，本實施例是以薄膜層16、17替換圖7中的薄膜層15，其餘結構係相同於圖7而不再繪製及贅述，其中，薄膜層16、17並不限定為2層，亦可為3層以上，其材質可為純銅、銅合金、石墨等耐高溫材料，且薄膜層16、17的材質與厚度可相同或不同於導流層12，但本發明並不以此為限。在本實施例中，薄膜層16、17係彼此堆疊於導流層12與第一基板12之間，且薄膜層16、17各具有複數個通孔161、171，複數個通孔161係貫穿薄膜層16相對的上下表面，複數個通孔171係貫穿薄膜層17相對的上下表面，而通孔161係未完全對準或部分重疊通孔171與導流層12的第一開孔121與第二開孔122。詳細而言，如圖8B及圖8C所示，通孔161具有端部1611、1612、1613、1614，而通孔171具有端部1711、1712、1713、1714，前述所謂的通孔161未完全對準或部分重疊通孔171，係指該通孔161未完全一致連通該通孔171，如圖8C所示，通孔161僅端部1611部分與通孔171之端部1714連通，而通孔161僅端部1612部分與通孔171之端部1713連通，這使得液體通道114通往導流層12之路徑將會更長，有利於儲存更多的工作流體14。另外，通孔171還可以與其他通孔161’的端部連通，且通孔161亦可與其他通孔171’連通，換言之，通孔161、171可同時連通複數個其他通孔，以增加液體通道114通往導流層12之路徑。另外，通孔161亦未完全對準或部分重疊導流層12的第一開孔121與第二開孔122，如通孔161之尺寸可大於第一開孔121或第二開孔122之尺寸，或是單個通孔161可同時對應至複數個第一開孔121或複數個第二開孔122(例如通孔161的端部1611、1612、1613、1614各對應至不同的第一開孔121或第二開孔122等等)，但本發明並不以此為限。

上述實施例中，通孔161、171係使用蝕刻、雷射雕刻、沖孔等製程來形成，通孔161、171的孔徑係大於第一開孔121，且通孔161、171彼此孔徑相同或通孔171的孔徑大於通孔161的孔徑，但本發明並不以此為限。

上述實施例中，通孔161、171係以十字形作為示例，但本發明並不以此為限，通孔161、171亦可為三角形、星形、規則多邊形或不規則多邊形。

請參閱圖9A及圖9B，其為本發明均溫板之再一實施例。與圖2所示之實施例相較，圖9A之實施例係大致與圖2之實施例相同，其不同處在於導流層12與第二基板13之間可再設置薄膜層18，且第二基板13之內表面133不再設置支撐柱132。由於不再設置支撐柱132，故薄膜層18接觸導流層12及第二基板13，且其內部設有氣流通道181，如此一來，薄膜層18可具備支撐氣流通道181之功能，其中，氣流通道181可為該顆粒燒結體、該金屬網體、溝槽或其組合所形成。在本實施例中，圖9B所示之氣流通道181之寬度可為2mm，數量可為複數個(非僅限於圖9B中的三個)，但本發明並不以此為限。

於一實施例中，薄膜層18可為單一層或複數層，本發明並不以此為限。在複數層薄膜層18的實施例中，氣流通道181可藉由在複數層薄膜層18中彼此連通之通孔來形成。另外，本發明之均溫板1除了可分別單獨使用圖7、圖8A及圖9A的實施例之外，亦可同時使用，即均溫板1內同時設有薄膜層15、 16、17、18的任意組合，本發明並不以此為限。此外，本發明之導流層12與薄膜層15、16、17、18係為片狀材(薄片)，本發明並不以此為限。

本發明上述各種實施例之均溫板1中導流層12的薄化設計，可使均溫板1的厚度降至0.25mm以下，較佳為0.2mm以下，本發明並不以此為限。

藉由本發明均溫板中導流層有不同尺寸之開孔設計，使得蒸發區及冷凝區有較大或較密集之第一開口設計，可使工作流體氣化及液化並穿透第一開口，而非蒸發區及非冷凝區有較小或較稀疏之第二開口設計，可使氣化或液化後之工作流體不會穿透第二開口，有效地使工作流體分別在液體通道及氣流通道流動而不會互相干擾，可提高阻隔及熱傳輸效率，使非蒸發區及非冷凝區更接近理論值上的絕熱區。此外，由於導流層直接設置在液體通道上，除了可使所設置之溝槽尺寸更小來提供更強之毛細力之外，更可在真空抽氣階段不會抽走過量之工作流體，提高了實用性。

上述實施形態僅為例示性說明本發明之技術原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此技術之人士均可在不違背本發明之精神與範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。然任何運用本發明所教示內容而完成之等效修飾及改變，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。而本發明之權利保護範圍，應如下述之申請專利範圍所列。