TWI781431B - 一種用於製作均温板元件毛細結構之金屬氧化物漿料 - Google Patents

一種用於製作均温板元件毛細結構之金屬氧化物漿料 Download PDF

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Abstract

一種用於製作均溫板中毛細結構之金屬氧化物漿料，其包含有氧化亞銅粉末、聚合物和有機溶劑。聚合物和有機溶劑混合形成之膠體可用以使氧化亞銅粉末均勻分散及懸浮混合以形成金屬氧化物漿料。其中，金屬氧化物漿料經加熱過程可將有機溶劑揮發掉，並經烘烤過程將聚合物燒除。以鋼版印刷、網版印刷或點膠方式將該金屬氧化物漿料鋪置在一金屬基板的溝槽中以製作均溫板之毛細結構，使用該金屬氧化物漿料來製作毛細結構可增加均溫板之量產效率並提高均温板產品之量產良率。

Description

一種用於製作均温板元件毛細結構之金屬氧化物漿料
一種金屬氧化物漿料，尤指一種應用於製作均溫板(Vapor Chamber)中，具有連續且多孔隙之毛細結構用的金屬氧化物漿料。
習知均溫板(vapor chamber)的製作方法，係將片狀銅基板蝕刻後，在銅基板上鋪置銅網(Copper Screen Mesh)或編織網(Copper Woven Mesh)，經石墨治具壓合並在高溫下燒結而形成毛細結構於銅片基板之溝槽表面，接著將具有溝槽的銅片基板以溝槽在內的的方式焊接起來以形成氣道空腔。進一步經過封合、注水、抽真空等加工，以製成具有毛細結構之均温板(Vapor Chamber)或板型熱導管(Heat Pipe Plate)。
做為均温板毛細結構的銅網(Screen Mesh)材料是用細銅絲線編織而成的大片銅網。在實際應用時必需依均温板或板型熱導管之設計的形狀及尺寸裁切成適合的形狀及尺寸方能鋪置在銅片基板表面之溝槽中。為了要使厚度不到100微米(100um)的銅網能夠整平並固定在不同形狀及尺寸的銅片基板上，必須用冶具壓合後進行高温燒結(Sintering)作業。由於一般銅綱(Screen Mesh)僅交叉編織，毛細結構簡單，導致毛細力往往不足。因此，編織結構複雜的編織銅網(Copper Moven Mesh)就成了增強毛細 力的一種選擇。仍然，銅網的編織、裁切、手工鋪置以及石墨治具的壓合等製程，使得均温板之毛細結構的製作變得複雜且不利量產上的自動化作業。
有鑒於此，本發明之一範疇在於提供一種用於製作均温板元件毛細結構之金屬氧化物漿料用來取代習知的銅網及編織網材料，應用於製作毛細結構，並於加熱、烘烤及燒結過程後形成毛細結構。本發明之金屬氧化物漿料可以用自動化印刷的方式舖置材料並在燒結時藉由氧化亞銅晶體粉末的還原及擴散反應形成連續多孔隙之毛細結構，進而省去習知銅網需裁切及人工舖網作業，並可在燒結過程中省去模具及模具壓合固定的製程。
該金屬氧化物漿料包含氧化亞銅粉末(Cuprous Oxide Powder)、有機溶劑以及聚合物。其中，該有機溶劑與該聚合物混合後形成一膠體(Colloid)，用以分散、使懸浮及均勻混合該氧化亞銅粉末以形成該金屬氧化物漿料。
其中，膠體中之有機溶劑係於加熱時揮發，而聚合物係經烘烤而燒除，殘留之氧化亞銅粉末則在高温燒結后形成多孔隙毛細結構。
其中，該金屬氧化物漿料具流變性(rheology)，可利用鋼版印刷(Stencil Printing)、網版印刷(Screen Printing)、點膠(Dispense)或直接刮印的方式，將其鋪置在用於製作該均溫板之一金屬基板之一溝槽中。
其中，該氧化亞銅粉末為八面體(Octahedron)之晶體結構，且在含氫之氣氛下燒結，經還原及擴散反應，該氧化亞銅粉末形成相互連 結之複數個鏈狀銅構件，進而形成連續且具有多孔隙之毛細結構。
其中，該氧化亞銅粉末之平均粒徑小於3微米(3um)且該複數個鏈狀銅構件之平均鏈條直徑亦小於3微米(3um)。
其中，該金屬氧化物漿料可摻雜一銅粉末(Copper Powder)，且該銅粉末之平均粒徑(D50)範圍介於3~53um。
其中，該氧化亞銅粉末在含氫之氣氛下燒結，經還原及擴散反應，該氧化亞銅粉末形成相互連結之複數個鏈狀銅構件，該複數個鏈狀銅構件彼此連結而形成鏈狀或網狀於該銅粉末所形成的複數個類球狀銅構件之間。
其中，該金屬銅粉末為類球狀顆粒，並與氧化亞銅粉末一同均勻混合於膠體中。
其中，該金屬銅粉末之功能為調整毛細結構中之孔隙率。
相較於習知金屬銅網的鋪置壓合燒結技術應用於製作均温板(Vapor Chamber)內的毛細結構，本發明之金屬氧化物漿料可直接印刷並進一步燒結，進而形成由鏈狀金屬銅構件所構成的毛細結構。此外，本發明支金屬氧化物漿料更可藉由摻雜金屬銅粉末於該金屬氧化物漿料中來調整毛細結構中之孔隙率。
1:金屬氧化物漿料
11:銅粉末
12:氧化亞銅粉末
13:有機溶劑
14:聚合物
15:膠體
2:毛細結構
21:類球狀銅構件
22:鏈狀銅構件
圖1為根據本發明之一具體實施例之金屬氧化物漿料之混合示意圖。
圖2為根據本發明之一具體實施例之金屬氧化物漿料之組成示意圖。
圖3為根據本發明之另一具體實施例之金屬氧化物漿料之組成示意圖。
圖4A、圖4B及圖4C為根據本發明之一具體實施例之單顆氧化亞銅晶體粉末燒結過程經還原及擴散反應形成鏈狀銅構件之外觀示意圖。
圖5為根據本發明之一具體實施例之金屬氧化物漿料於燒結後形成的毛細結構的示意圖。
圖6為根據本發明之另一具體實施例之金屬氧化物漿料於燒結後形成的毛細結構的示意圖。
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，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。值得注意的是，這些具體實施例僅為本發明代表性的具體實施例，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具體實施例。又，圖中各裝置僅係用於表達其相對位置且未按其實際比例繪述，合先敘明。
請參閱圖1至圖2，圖1為根據本發明之一具體實施例之金屬氧化物漿料1之混合示意圖，圖2為根據本發明之一具體實施例之金屬氧化物漿料1之組成示意圖。如圖1及圖2所示，金屬氧化物漿料1包含氧化亞銅粉末12(Cu2O Powder)、有機溶劑13以及聚合物14。有機溶劑13可為醇類，於加熱時揮發，而聚合物14可為樹脂，將經烘烤而燒除。其中，有機溶劑13與聚合物14混合形成膠體15(Colloid)，氧化亞銅粉末12於膠體15中被分散、懸浮及均勻混合。氧化亞銅粉末12的含量及金屬氧化物漿料1的固含量(Solid Content)，取決於金屬氧化物漿料1製作均温板毛細結構層之厚度需求。在具體實施例，金屬氧化物漿料1的固含量介於30%~70%之間。
請參閱圖3，圖3為根據本發明之另一具體實施例之金屬氧化物漿料之組成示意圖。如圖3所示，氧化亞銅粉末12為八面體之結晶結構。氧化亞銅粉末12之粒徑範圍小於3um。
於圖3之實施例中，本發明之金屬氧化物漿料1中更摻雜有銅粉末11(Cu Powder)，其為類球狀顆粒，並與氧化亞銅粉末12一同均勻混合於膠體15中。銅粉末之功能為調整毛細結構中之孔隙率。在具體實施例中，銅粉末11之平均粒徑範圍介於3~53um。
請參閱圖4A、圖4B、圖4C，圖4A、圖4B及圖4C為根據本發明之一具體實施例之單顆的氧化亞銅粉末12在燒結過程中外觀變化示意圖，氧化亞銅粉末12在含氫的氣氛中燒結並同時進行還原及擴散反應，氧化亞銅粉末12的菱型八面體晶體延著兩頭尖端處進行還原及擴散，進而拉伸成一鏈狀銅構件22。
請參閱圖5，圖5為根據本發明之一具體實施例之金屬氧化物漿料1於燒結後形成的毛細結構2的示意圖。鏈狀銅構件22經燒結而相互連結形成三維度之多孔隙的毛細結構2，並與承載之金屬基板之溝槽上表面燒結而進行黏結。
如圖5所示，在具體實施例中，當金屬氧化物漿料於加熱時，膠體中的有機溶劑會因為沸點較低而完全揮發掉。接著，提高溫度進行烘烤，膠體中的聚合物將進一步被燒掉而去除，將僅留下氧化亞銅粉末。接著，在含氫的氣氛中進行更高溫之燒結過程，氧化亞銅粉末同時進行還原及擴散反應，而相互連結形成三維度之多孔隙的毛細結構2。
請參閱圖6，圖6為根據本發明之另一具體實施例之金屬氧化 物漿料於燒結後形成的毛細結構2的示意圖。圖6之實施例與圖5之實施例不同的是，金屬氧化物漿料中摻雜了銅粉末，因此當膠體中的聚合物被燒除後將留下氧化亞銅粉末與銅粉末之混合結構，再進一步在含氫的氣氛中進行燒結，進而形成鏈狀銅構件22和類球狀銅構件21之混合的毛細結構2。
於實際應用中，金屬氧化物漿料中的菱型八面體氧化亞銅粉末經燒結過程轉變成長條型的鏈狀銅構件是架構整體毛細結構的基本元素。摻雜在金屬氧化物漿料中銅粉末經燒結後均勻分布在鏈狀銅構件中。在一具體實施例中，銅粉末為類球狀粉末，其平均粒徑大小介於3um~53um之間。銅粉末的功能為調整毛細結構中之孔隙率。在一具體實施例中，金屬氧化物漿料中的銅粉末摻雜的比例，將影響類球狀金屬構件在毛細結構中的分佈密度，進而影響到孔隙率及均温板中輸送工作流體的毛細力。
相較於習知金屬銅網的鋪置壓合燒結技術應用於製作均温板(Vapor Chamber)內之毛細結構，本發明之金屬氧化物漿料具流變性(rheology)，在具體應用的實施例中可使用鋼版印刷(Stencil Printing)、網版印刷(Screen Printing)或點膠(Dispense)或直接刮印方式將其鋪置在用於製作均溫板之金屬基板之溝槽中。
本發明之金屬氧化物漿料藉由氧化亞銅粉末12的物理及化學特性，而能讓由本發明之金屬氧化物漿料所形成之毛細結構2具有較佳之孔隙率及均勻的孔隙大小，進而提升毛細結構的毛細作用能力。再者，藉由印刷的方式鋪置漿料於片狀銅金屬基板的溝槽中，且藉由漿料的固含量來控制燒結後的毛細結搆厚度。由於氧化亞銅晶體的粒徑微小(<3um)且分佈均勻，形成鏈狀銅金屬構件的鏈俓亦不大於3um，因此使用本發明之金 屬氧化物漿料可有效控制均温板之毛細結構在50微米(50um)以下，這對於大量生產製造厚度僅有3毫米(3mm)的超薄形均温板(Vapor Chamber)或熱管板(Heat Pipe Plate)的良率提升有所助益。
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:金屬氧化物漿料
12:氧化亞銅粉末
13:有機溶劑
14:聚合物

Claims (8)

  1. 一種金屬氧化物漿料，應用於一均溫板(Vapor Chamber)內之一毛細結構的製作，並於加熱、烘烤及燒結過程後形成該毛細結構，其包含有：一氧化亞銅粉末(Cuprous Oxide Powder)；一有機溶劑(Solvent)，於加熱後揮發；以及一聚合物(Polymer)，於烘烤後燒除；其中，該有機溶劑與該聚合物混合後形成一膠體(Colloid)，用以分散、使懸浮及均勻混合該氧化亞銅粉末以形成具流變性之該金屬氧化物漿料，且該金屬氧化物漿料的固含量介於30%~70%之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬氧化物漿料，其中該金屬氧化物漿料具流變性(rheology)，可利用鋼版印刷(Stencil Printing)、網版印刷(Screen Printing)、點膠(Dispense)或直接刮印的方式，將其鋪置在用於製作該均溫板之一金屬基板之一溝槽中。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬氧化物漿料，其中該氧化亞銅粉末為八面體(Octahedron)之晶體結構，且在含氫之氣氛下燒結，經還原及擴散反應，該氧化亞銅粉末形成相互連結之複數個鏈狀銅構件，進而形成連續且具有多孔隙之該毛細結構。
  4. 如申請專利範圍第3項所述，其中該氧化亞銅粉末之平均粒徑小於3微米(3um)，且該複數個鏈狀銅構件之平均鏈條直徑亦小於3微米(3um)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之金屬氧化物漿料，其中更摻雜一銅粉末 (Copper Powder)，且該銅粉末之平均粒徑(D50)範圍介於3~53um。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之金屬氧化物漿料，其中該氧化亞銅粉末在含氫之氣氛下燒結，經還原及擴散反應，該氧化亞銅粉末形成相互連結之複數個鏈狀銅構件，該複數個鏈狀銅構件彼此連結而形成鏈狀或網狀於該銅粉末所形成的複數個類球狀銅構件之間。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之金屬氧化物漿料，其中該金屬銅粉末為類球狀顆粒，並與該氧化亞銅粉末一同均勻混合於該膠體中。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之金屬氧化物漿料，其中該金屬銅粉末係用以調整該毛細結構中之孔隙率。
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