TWI773292B - 毛細結構的製造方法及具有該毛細結構的散熱元件 - Google Patents

Abstract

一種毛細結構的製造方法及具有該毛細結構的散熱元件，用以解決習知散熱元件的製造因設置支撐柱於腔體中而難以簡化製程的問題。係包含：提供至少一金屬網，該至少一金屬網具有數條金屬線，各該金屬線相互交錯而形成數個毛細孔；及將該至少一金屬網經沖壓而形成一體相連的一基板與一支撐部。

Description

毛細結構的製造方法及具有該毛細結構的散熱元件

本發明係關於一種毛細結構的製造方法，尤其是一種散熱元件的毛細結構的製造方法及具有該毛細結構的散熱元件。

隨著電子科技的進步，以及半導體產業技術不斷的往高性能、高功率與輕薄短小化的方向發展，導致IC元件運作產生的熱度及集中度提高，因此，提高散熱效能是電子相關產品一個無可避免要面臨的課題。目前，市面上已有各式各樣的散熱元件可應用於電子產品中，和傳統散熱鰭片相比，使用工作液與毛細結構的均溫板與熱管，可以藉由工作液的氣液相變化來散熱，係能夠改善熱點集中的現象，並具有反應時間快、均溫性佳、重量輕及效率好等優點；目前較常見的毛細結構型態有槽溝、網目與燒結三種。

上述習知具有工作液與毛細結構的散熱元件，由於將工作液與毛細結構設置於該散熱元件內部的真空腔體中，為避免該腔體受表面正壓力或內部真空之負壓力而導致表面塌陷或變形，該腔體中除了上述的工作液與毛細結構外，需要另外設置若干個支撐柱。在製程上，該毛細結構與該支撐柱係分開加工，例如將支撐柱擺放進形焊接作業、或直接於金屬板材蝕刻成型支撐柱、或將金屬粉末燒結形成毛細結構、或將毛細結構開孔對位該支撐柱以設置於腔體等。上述的製程工序複雜，係提高了製造的困難度，並且，蝕 刻及開孔作業亦造成材料的損耗，因此，導致生產效率難以提升及製造成本難以下降等問題。此外，使用蝕刻成型支撐柱並無法產生毛細作用，亦成為難以在有限空間中提升散熱效能的重要因素。

有鑑於此，習知的毛細結構與支撐柱的製造方法確實仍有加以改善之必要。

為解決上述問題，本發明的目的是提供一種毛細結構的製造方法，其支撐部係兼具有支撐與產生毛細作用等雙重功效，係可提升散熱效能並減縮體積者。

本發明的次一目的是提供一種毛細結構的製造方法，係可以大幅地縮小毛細結構的毛細孔孔徑以及增加毛細孔的數量，藉此以達到更好的散熱效能者。

本發明的又一目的是提供一種散熱元件，係可以簡化散熱元件的製作程序者，以更進一步的大幅降低散熱元件的製造成本者。

本發明的再一目的是提供一種散熱元件，係可以有效提升散熱效能並有助於該散熱元件更進一步的減縮體積，使該散熱元件可以微型化或薄型化者。

本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「前」、「後」、「左」、「右」、「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。

本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包 括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。

本發明的毛細結構的製造方法，包含：提供至少一金屬網，該至少一金屬網具有數條金屬線，各該金屬線相互交錯而形成數個毛細孔；及將該至少一金屬網經沖壓而形成一體相連的一基板與一支撐部，各該金屬線經沖壓的壓印處被整平、延展。

本發明的散熱元件，包含：一殼體，係具有一腔室，該腔室中填充有一工作流體；及至少一如前述的製造方法所製成之毛細結構，容置於該腔室中，該至少一毛細結構抵接該殼體的相對二內表面。

據此，本發明的毛細結構的製造方法，係由該毛細結構形成該支撐部，因此，減少了製作該散熱元件的支撐柱擺放、銲接或蝕刻成型支撐柱等製程步驟，使該散熱元件的的製作程序得以簡化及成本大幅下降。由於該支撐部兼具有支撐與產生毛細作用等雙重功效，係可以提升散熱效能並有助於該散熱元件更進一步的減縮體積，對於該散熱元件的微型化或薄型化發展都十分有助益。此外，各該金屬線經沖壓後係增加了表面積及表面粗糙度，具有增加導熱面積及液體吸附力的功效。

其中，該至少一金屬網的數量為數個，將該數個金屬網互相疊合後再進行沖壓。如此，具有增加該毛細結構的毛細孔數量以提升毛細現象的吸附力的功效。

其中，一金屬網的金屬線可以對位於另一金屬網的毛細孔。如此，可以使一個原本較大孔徑的毛細孔被分成數個較小孔徑的毛細孔，係具有增加單位面積的毛細孔數量的功效。

其中，該數個金屬網可以依設定旋轉角度互相疊合。如此，該毛細結構的網目形狀不再是傳統平織的方形或菱形格，係具有形成高密度、 複合式形狀之毛細孔的功效。

其中，該數個金屬網之網目可以不同。如此，該毛細結構係具有產生毛細吸附力及形成蒸氣通道的功效。

其中，該數個金屬網之厚度可以不同。如此，係具有便利的控制該毛細結構厚度的功效。

其中，該基板可以具有厚度不同的至少一第一板體及至少一第二板體。如此，該第一板體與該第二板體可以具有不同的毛細孔孔徑，藉由不同孔徑的毛細孔之間的作用，係具有增加該工作流體的流動率，並達到更好的散熱效能的功效。

其中，該數個金屬網經沖壓可以形成至少一彎折部。如此，係具有形成與該腔室相應外形的毛細結構的功效。

其中，該毛細結構的數量可以為二個，該二毛細結構的基板分別抵接於該殼體的相對二內表面，該二毛細結構的支撐部互相抵接。如此，係具有使該腔室的相對二側均可以進行氣液相變化的散熱作用的功效。

其中，該殼體可以為非同一平面的板狀，該腔室具有高低段差，該毛細結構形成與該腔室相應的外形。如此，係具有配合機構之空間而避位，及便利應用於狹小空間進行散熱的功效。

1,1a,1b:金屬網

11:金屬線

12,12a,12b:毛細孔

13:基板

13a:第一板體

13b:第二板體

14:支撐部

15:壓印處

16:嵌合部

17:彎折部

C:毛細結構

D1,D2:厚度

H:殼體

H1:下內表面

H2:上內表面

L:工作流體

S:腔室

〔第1圖〕本發明第一實施例的金屬網立體圖。

〔第2圖〕本發明第一實施例的金屬網雙面壓印狀態立體圖。

〔第3圖〕本發明第二實施例的金屬網分解立體圖。

〔第4圖〕本發明第二實施例的金屬網疊合狀態立體圖。

〔第5圖〕如第4圖的金屬網沖壓後立體圖。

〔第6圖〕沿第5圖的A-A線剖面圖。

〔第7圖〕本發明第三實施例的金屬網分解立體圖。

〔第8圖〕本發明第四實施例的金屬網分解立體圖。

〔第9圖〕本發明第四實施例的組合剖面圖。

〔第10圖〕本發明第五實施例的金屬網分解立體圖。

〔第11圖〕本發明第六實施例的組合剖面圖。

〔第12圖〕本發明第七實施例的組合剖面圖。

〔第13圖〕本發明散的熱元件第一實施例組合剖面圖。

〔第14圖〕本發明的散熱元件第二實施例組合剖面圖。

〔第15圖〕本發明的散熱元件第三實施例組合剖面圖。

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1、2圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第一實施例，本發明毛細結構的製造方法係包含：提供至少一金屬網1；及將該金屬網1經沖壓成型。

該至少一金屬網1可以具有數條金屬線11，各該金屬線11相互交錯而形成數個毛細孔12，各該毛細孔12係以小孔徑的一空間產生毛細力以吸附液體，該毛細孔12的孔徑越小，吸附液體的速度越快。該金屬線11可以為銅、鋁、鈦、或不銹鋼等具有導熱性及延展性之材質，本發明不予以限制。

將該至少一金屬網1經由一模具進行沖壓，該至少一金屬網1 經該模具壓印後係可形成與該模具相應的外形，使該至少一金屬網1具有相對凸出與凹陷的局部，而形成一體相連的一基板13與至少一支撐部14，該至少一支撐部14係突出於該至少一金屬網1的表面，該至少一支撐部14可以是圓形、方形或其他的幾何形狀，本發明不予以限制。該至少一金屬網1透過沖壓的動作，係可以縮小該毛細孔12的孔徑。

更具體地說，該至少一金屬網1係經由模具進行沖壓，該模具表面係可以具有相間隔凹部與凸部，各該金屬線11經該模具所壓印的壓印處15係可以被整平、延展，該壓印處15的表面並因沖壓而形成細微的龜裂，如此，各該金屬線11經沖壓後係增加了表面積及表面粗糙度。各該金屬線11被整平、延展的該壓印處15可以位於該金屬網11的其中一面，亦可以位於相對二面(如第2圖所示)，各該金屬線11被整平、延展的該壓印處15可以位於該基板13也可以位於該支撐部14，本發明不予以限制。

請參照第3、4圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第二實施例，在本實施例中，該金屬網11的數量可以是數個，該數個金屬網1可以互相疊合，該數個金屬網1疊合時，係使各該金屬網1的金屬線11互相交疊，較佳地，可以使其中一金屬網1的金屬線11對位於另一金屬網1的毛細孔12，如此，該數個金屬網1互相疊合後可以增加該毛細孔12的數量。請參照第5、6圖所示，將該數個金屬網1疊合後，接著再以模具進行沖壓，使該數個金屬網1的局部形成凹陷，並形成相對突出的該至少一支撐部14。該數個金屬網1經沖壓後，亦使該數個金屬網1互相交疊的二金屬線11之間形成嵌合部16，該嵌合部16係有助於固定相疊的二金屬線11之間的位置，進而避免相疊的二金屬網1之間互相錯動、分離。另外，藉由使其中一金屬網1的金屬線11對位於另一金屬網1的毛細孔12，不僅可以使一個原本較大孔徑的毛細孔12被分成數個較小孔徑的毛細孔12，同時也能使該數個金屬網1 具有多種不同孔徑的毛細孔12，及增加單位面積的毛細孔12的數量。

請參照第7圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第三實施例。較佳地，該數個金屬網1亦可以依設定旋轉角度互相疊合，除了可以更進一步地增加該毛細孔12的數量外，該數個金屬網1的網目形狀不再是傳統平織的方形或菱形格，藉此，係可形成傳統製程無法達到的高密度、複合式形狀的該毛細孔12。

請參照第8、9圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第四實施例。在本實施例中，該數個金屬網1的網目可以不同，較佳地，疊合的該數個金屬網1經沖壓後，可以使網目較多之金屬網1形成該基板13，網目較少之金屬網1可以形成該支撐部14。例如，在本實施例中，係使用200目及10目的二金屬網1a、1b，該金屬網1a具有較多、較小的該毛細孔12a，該金屬網1b具有較少、較大的該毛細孔12b。疊合各該金屬網1a、1b時，係可以將200目(網目較多)之金屬網1a置於底層，將10目(網目較少)之金屬網1b置於頂層。如此，沖壓該數個金屬網1後，網目較多的該金屬網1a可以形成該基板13；網目較少的該金屬網1b可以形成該支撐部14。

請參照第9圖所示，該數個金屬網1a、1b的厚度可以不同，較佳地，疊合的該數個金屬網1a、1b經沖壓後，可以使較薄之金屬網1a形成該基板13，較厚之金屬網1b可以形成該支撐部14。例如，在本實施例中，該支撐部14係由係由較厚之該金屬網1b所形成。

請參照第10圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第五實施例。在本實施例中，該毛細結構C的厚度亦可以配合一真空腔室的深度而選擇使用，例如，當該真空腔室的深度為3mm時，係可以使用厚度分別為0.1mm及1.3mm的二種金屬網1a、1b。疊合各該金屬網1a、1b時，係可以使用四金屬網1a疊合於底側，再將二金屬網1b疊合於頂側，如此，該數個 金屬網1的厚度係為0.1mm*4+1.3mm*2=3mm，係達到該真空腔室的深度。再沖壓該數個金屬網1的局部而形成該基板13與該至少一支撐部14，該至少一支撐部14的厚度可以維持原本的厚度3mm以在該真空腔室中提供支撐力。如此，利用不同厚度的該數個金屬網1a、1b係可以便利的控制該毛細結構C的厚度。

請參照第11圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第六實施例，沖壓該數個金屬網1的模具可以具有不同高度的凸部，使該數個金屬網1經該模具沖壓後，該毛細結構C的數個金屬網1受到高、低不同凸部的壓縮，以形成不同的厚度。在本實施例中，該基板13受到該模具較低凸部壓縮之處可以形成具有較大厚度D1的第一板體13a，該基板13受到該模具較高凸部壓縮之處可以形成較小厚度D2的第二板體13b，該第一板體13a較該第二板體13b突出於該數個金屬網1的表面，該第一板體13a的厚度D1大於該第二板體13b的厚度D2，亦即，該第一板體13a的壓縮程度可以較小，使該第一板體13a相較於該第二板體13b可以具有較大孔徑的毛細孔，如此，使該第一板體13a與該第二板體13b之間可以具有不同孔徑的毛細孔。

請參照第12圖所示，其係本發明毛細結構的製造方法的第七實施例，在本實施例中，該毛細結構C經沖壓後，除了形成該基板13與該至少一支撐部14，還可以形成至少一彎折部17，係使該毛細結構C以一角度彎折。如此，該數個金屬網1可以形成具有高低段差、非平板狀的毛細結構C。

請參照第13圖所示，其係本發明散熱元件的第一實施例，係包含一殼體H，至少一如前述毛細結構的製造方法所製成之毛細結構C容置於該殼體H中。

該殼體H可以為銅、鋁、鈦、或不銹鋼等具有導熱性能之材質 所製成，該殼體H內具有一腔室S，該腔室S可用以填充一工作流體L，該工作流體L可以為易於從液態吸收熱量而蒸發成氣態，進而可利用該工作流體L氣液相的變化機制來達成熱能傳遞。該腔室S為真空封閉狀態，係可以避免該工作流體L形成氣態後散失，以及避免內部因為空氣佔據，而壓縮到該工作流體L形成氣態後的空間，進而影響到散熱效能。

該至少一毛細結構C係容置於該腔室S，該至少一毛細結構C係可以利用毛細現象吸附該工作流體L。在本實施例中，該毛細結構C的支撐部14位於該毛細結構C的基板13上方，該毛細結構C可以由該基板13抵接於該殼體H的下內表面H1，並可以由該支撐部14抵接於該殼體H的上內表面H2。如此，該腔室S係可以藉由該支撐部14及該基板13的支撐，而避免該殼體H因外部正壓力或內部真空之負壓力的影響所導致的塌陷或變形。

請參照第14圖所示，其係本發明散熱元件的第二實施例。較佳地，該毛細結構C的數量可以為二個，該二毛細結構C的該基板13分別抵接於該殼體H的相對二內表面H1、H2，該二毛細結構C的該支撐部14互相抵接。藉此，該二毛細結構C的係可以吸附更多的該工作流體L，並使該殼體H的相對二側均可以進行氣液相變化的散熱作用。

請參照第15圖所示，其係本發明散熱元件的第三實施例。當該散熱元件的殼體H為非同一平面的板狀時，該散熱元件的腔室S係具有高低段差，該毛細結構C係可以經沖壓後以形成與該腔室S相應的外形，該毛細結構C成型後係可直接容置於該腔室S中。如此，相較於習知以金屬粉末燒結形成毛細結構的方式，本發明的散熱元件係可以克服金屬粉末因容易掉落，而無法鋪設於該腔室S中形成段差之立面或斜面，進而導致無法燒結形成毛細結構的難題，亦使該散熱元件之外形可以不再侷限於平面狀。

綜上所述，本發明的毛細結構的製造方法及具有該毛細結構的 散熱元件，係由該毛細結構形成該支撐部，因此，減少了製作習知散熱元件的支撐柱擺放作業、支撐柱銲接作業或直接於金屬板材蝕刻成型支撐柱等製程步驟，使該散熱元件的製作程序得以簡化，尤其取代利用金屬板材蝕刻成型支撐柱，係更有助於大幅降低該散熱元件的製造成本。由於該支撐部兼具有支撐與產生毛細作用等雙重功效，係可以提升散熱效能，對於該散熱元件的微型化或薄型化發展都十分有助益。且由於該毛細結構係經由沖壓成型，因此可以大幅地縮小該毛細孔的孔徑及增加該毛細孔的數量，藉此可以有效優化該工作流體的流動率，係具有增加散熱效能的功效。另外，藉由使其中一金屬網的金屬線對位於另一金屬網的毛細孔，係使該毛細結構具有多種不同孔徑的毛細孔，係具有進一步增加單位面積的毛細孔的數量，以提升毛細現象的吸附力的功效。該毛細結構亦可依產品需求疊合多層該金屬網，使被分割的該毛細孔的孔徑再進行分割，如此，係具有大幅地縮小該毛細孔的孔徑以及增加該毛細孔的數量的功效。該毛細結構還可以由不同網目、厚度的該數個金屬網互相疊合，如此，網目較多的該金屬網係可以較佳的毛細力吸附液態的該工作流體；網目較少的該金屬網係可以較大的該毛細孔形成蒸氣通道，並且便於氣態的該工作流體流通，又，不同厚度的該數個金屬網係可以便利的控制該毛細結構的厚度，較厚的該金屬網所形成的支撐部係具有提供較穩固的支撐力的功效。此外，該第一板體與該第二板體之間可以具有不同孔徑的毛細孔，藉由不同孔徑的毛細孔之間的作用，係具有增加該工作流體的流動率，並達到更好的散熱效能。本發明的散熱元件的殼體還可以為非同一平面的板狀，係具有配合機構之空間而避位，及便利應用於狹小空間進行散熱的功效。

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:金屬網

11:金屬線

12:毛細孔

13:基板

14:支撐部

15:壓印處

16:嵌合部

Claims (11)

1. 一種毛細結構的製造方法，包含：提供至少一金屬網，該至少一金屬網具有數條金屬線，各該金屬線相互交錯而形成數個毛細孔；及將該至少一金屬網經沖壓而形成一體相連的一基板與一支撐部，各該金屬線經沖壓的壓印處被整平、延展。
2. 如請求項1之毛細結構的製造方法，其中，該至少一金屬網的數量為數個，將該數個金屬網互相疊合後再進行沖壓。
3. 如請求項2之毛細結構的製造方法，其中，一金屬網的金屬線對位於另一金屬網的毛細孔。
4. 如請求項2之毛細結構的製造方法，其中，該數個金屬網依設定旋轉角度互相疊合。
5. 如請求項2之毛細結構的製造方法，其中，該數個金屬網之網目不同。
6. 如請求項2之毛細結構的製造方法，其中，該數個金屬網之厚度不同。
7. 如請求項2之毛細結構的製造方法，其中，該基板具有厚度不同的至少一第一板體及至少一第二板體。
8. 如請求項2之毛細結構的製造方法，其中，該數個金屬網經沖壓形成至少一彎折部。
9. 一種散熱元件，包含：一殼體，係具有一腔室，該腔室中填充有一工作流體；及至少一如請求項1至8中任一項所製成之毛細結構容置於該腔室中，該至少一毛細結構抵接該殼體的相對二內表面。
10. 如請求項9之散熱元件，其中，該毛細結構的數量為二個，該二毛細結構的基板分別抵接於該殼體的相對二內表面，該二毛細結構的支撐部互相抵接。
11. 如請求項9之散熱元件，其中，該殼體為非同一平面的板狀，該腔室具有高低段差，該毛細結構形成與該腔室相應的外形。

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