TWI813936B

TWI813936B - 散熱件

Info

Publication number: TWI813936B
Application number: TW110102154A
Authority: TW
Inventors: 王柏森; 郭馨慈
Original assignee: 奕昌有限公司; 王柏森; 郭馨慈
Priority date: 2021-01-20
Filing date: 2021-01-20
Publication date: 2023-09-01
Also published as: US20220228812A1; CN114828540A; TW202229801A

Abstract

一種散熱件，用以解決毛細現象瓶頸及習知散熱件因設置支撐柱於腔體中而難以簡化製程的問題。係包含：一殼體，係具有一腔室，該腔室中填充有一工作流體；及一毛細結構，位於該腔室中，該毛細結構具有至少一支撐部連接一基板，該基板與該支撐部分別抵接該殼體的相對二內表面。

Description

散熱件

本發明係關於一種散熱裝置，尤其是一種對電子元件進行散熱的散熱件。

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件，由於將工作液與毛細結構設置於該散熱件內部的腔體中，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，該支撐柱與該毛細結構係分開加工，如支撐柱擺放作業、支撐柱焊接作業或直接於金屬板材蝕刻成型支撐柱，因此，複雜的製作程序提高了製造的困難度，造成製造成本難以下降及生產效率難以提升等問題。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，習知的散熱件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散熱件，其支撐部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，以更進一步的大幅降低製造成本者。

本發明的次一目的是提供一種散熱件，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件，係可以簡化製作程序者。

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。

本發明全文所述「結合」或「組合」等近似用語，主要包含連接後仍可不破壞構件地分離，或是連接後使構件不可分離等型態，係本領域中具有通常知識者可以依據欲相連之構件材質或組裝需求予以選擇者。

本發明的散熱件，包含：一殼體，係具有一腔室，該腔室中填充有一工作流體；及一毛細結構，位於該腔室中，該毛細結構由數個金屬網互相疊合再整形而成，相鄰二金屬網經疊合方向之沖壓或輥壓後，該相鄰二金屬網在相對面上僅相互部份嵌合，使部份嵌合的毛細孔徑小於未形成嵌合的毛細孔徑，以使該毛細結構具有多種不同孔徑的毛細孔，該毛細結構具有至少一支撐部連接一基板，該毛細結構經沖壓或輥壓整形而形成一體相連的該基板與該支撐部，該基板與該支撐部分別抵接該殼體的相對二內表面。

據此，本發明的散熱件，係由該毛細結構形成該支撐部，因此，減少了支撐柱擺放、銲接或蝕刻成型支撐柱等步驟，使散熱件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件更進一步的減縮體積，對於該散熱件的微型化或薄型化發展都十分有助益。

其中，該毛細結構可以具有孔徑小於0.2mm的毛細孔。如此，具有產生毛細現象的功效。

其中，該基板的毛細孔的平均孔徑可以小於該支撐部的毛細孔的平均孔徑。如此，具有產生複合性毛細力的功效。

其中，該支撐部的毛細孔孔徑可以大於0.2mm。如此，具有增加蒸氣空間的功效。

其中，該數個金屬網之網目及厚度可以不同。如此，可以使用粗線徑的金屬網疊合細線徑的金屬網，具有節省材料的功效。

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，具有產生高密度之複合式形狀之毛細孔的功效。

其中，疊合二金屬網時，可以由其中一金屬網的金屬線對位於另一金屬網的毛細孔。如此，具有增加該毛細結構的毛細孔數量的功效。

其中，該基板具有厚度不同的一第一板體及一第二板體。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，具有增加該工作流體的流動率的功效。

其中，該殼體可以具有朝該腔室凹入的至少一凹陷部。如此，該凹陷部可以用於容納一發熱體或電子元件避位，具有減少占用空間的功效。

其中，該凹陷部可以抵接於該支撐部。如此，具有增加散熱面積及提升支撐力的功效。

其中，該凹陷部與該支撐部可以不互相抵接。如此，具有配合機構之避位以便利安裝該散熱件於狹小空間的功效。

其中，該凹陷部可以使該內表面隆起於該腔室中，該毛細結構可以沿該內表面的起伏形成該支撐部。如此，該支撐部可以與該凹陷部一併成型，具有簡化加工程序的功效。

其中，該殼體係可以具有一第一片體，該第一片體可以具有一容槽，該殼體另可以具有一第二片體結合於該第一片體以形成該腔室。如此，具有形成均溫板型態的功效。

其中，該第二片體具有一容槽連通該第一片體的容槽。如此，係可以形成較大的該腔室，具有提升散熱性能的功效。

其中，該毛細結構的金屬線可以經整形而延展。如此，係可以縮小該毛細孔的孔徑，具有增加毛細現象的吸附力的功效。

其中，該毛細結構的金屬線經整形而可以形成扁平狀。如此，係具有增加熱傳導面積的功效。

〔本發明〕

1:殼體

1a:第一片體

1b:第二片體

11:容槽

12:環邊

13:孔道

14:結合部

15:孔道蓋

16:容槽

17:凹陷部

18:吸熱面

19:凹陷部

2:毛細結構

21:基板

21a:第一板體

21b:第二板體

22:支撐部

23:毛細孔

D1,D2:厚度

E:發熱體

F1:下內表面

F2:上內表面

H:熱管

J:均溫板

L:工作流體

N:金屬網

N1:金屬線

P:粉末顆粒

S:腔室

T:注液通道

〔第1圖〕本發明第一實施例的立體圖分解圖。

〔第2圖〕本發明第一實施例的組合剖面圖。

〔第3圖〕本發明的金屬網毛細結構立體圖。

〔第4圖〕本發明的金屬網毛細結構經整形成型狀態圖。

〔第5圖〕本發明的編織網毛細結構立體圖。

〔第6圖〕本發明疊合二層金屬網毛細結構的分解立體圖。

〔第7圖〕本發明疊合二層金屬網毛細結構經整形成型狀態圖。

〔第8圖〕本發明二層金屬網毛細結構間在相對面上僅部份嵌合狀態圖。

〔第9圖〕本發明疊合三層金屬網毛細結構的分解立體圖。

〔第10圖〕本發明燒結粉末結構圖。

〔第11圖〕本發明燒結粉末結構經整形成型狀態圖。

〔第12圖〕本發明第二實施例的組合剖面圖。

〔第13圖〕本發明第三實施例的組合剖面圖。

〔第14圖〕本發明第四實施例的組合剖面圖。

〔第15圖〕本發明第五實施例的組合剖面圖。

〔第16圖〕本發明第六實施例的組合剖面圖。

〔第17圖〕本發明第七實施例的組合剖面圖。

〔第18圖〕本發明第八實施例的組合剖面圖。

〔第19圖〕本發明第九實施例的組合剖面圖。

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，其係本發明散熱件的第一實施例，係包含一殼體1及一毛細結構2，該毛細結構2位於該殼體1中。

該殼體1可以為銅、鋁、鈦、或不銹鋼等具有導熱性能之材質所製成，使該殼體1可以直接或間接地連接一發熱體，以對該發熱體進行散熱。該發熱體可以為手機或其他電子產品的中央處理器，或者電路板上因運作而產生熱之晶片等電子元件。該殼體1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可以為水、酒精或其他液體。較佳地，該工作流體L係可以為不導電液，使該工作流體L可易於從液態吸收熱量而蒸發成氣態，進而利用該工作流體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。

該殼體1的型態本發明不限制，該殼體1的外形係可依據該散熱件的類型、使用條件或安裝條件等因素予以調整。舉例而言，本實施例的散熱件係可以為一均溫板J，其殼體1係可以包含一第一片體1a、一第二片體1b，該第一片體1a與該第二片體1b相結合後，其內部可以形成前述的腔室S以供容置前述的毛細結構2。

該第一片體1a可以具有一容槽11，該容槽11係可以沖壓、壓鑄、彎折或蝕刻製程等加工方式形成，本發明不加以限制。該容槽11的周緣可以形成一環邊12，一孔道13貫穿該環邊12並連通該容槽11。該第二片體1b則可選用與該第一片體1a相同或不同的材質，本發明不加以限制。該第二片體1b的環周可以具有一結合部14，該結合部14可以結合於該第一片體1a的該環邊12，使該第二片體1b及該第一片體1a共同形成該腔室S，以供容設該毛細結構2。該第二片體1b另具有一孔道蓋15與該結合部14相連，該孔道蓋15可對位於該第一片體1a的該孔道13，以共同形成一注液通道T。該注液通道T連通該腔室S與外界，該注液通道T可以用於抽取該腔室S中的空氣，以及將該均溫板J所使用的該工作流體L填充至該腔室S中；該注液通道T可以在完成該工作流體L的填充後予以密封，以避免該工作流體L形成氣態後散失。

承上所述，該第二片體1b與該第一片體1a的結合方式本發明不加以限制，例如：該第二片體1b可以選擇黏貼、鑲入、鎖固、夾扣或銲接等方式結合於該第一片體1a。在本實施例中，該第一片體1a的該環邊12可以硬銲銲接或雷射銲接於該第二片體1b的該結合部14，該注液通道T則可以由填補銲料的方式密封，使該第一片體1a及該第二片體1b能夠確實結合而不會產生縫隙，以提升結構強度。

該毛細結構2係位於該腔室S中，該毛細結構2係可以為多孔性結構，以藉由毛細現象促進該工作流體L的流動。該毛細結構2可以是多孔性網目或燒結粉末等結構，前述燒結粉末結構係可以由銅粉或其他適當粉末經粉末燒結(powder sintering process)而製成，本發明不予限制。

承上所述，該毛細結構2在初步成型後，可經整形而形成至少一基板21及至少一支撐部22，該整形方式可例如是沖壓或輥壓，本發明不予以限制。在本實施例中，該支撐部22位於該基板21上方，該支撐部22與該基板21的毛細孔的平均孔徑可以不同，如此，具有產生複合性毛細力的作用。又，該支撐部22的毛細孔孔徑可以大於0.2mm，如此，具有增加蒸氣空間的作用。該毛細結構2可以由該基板21抵接於該殼體1的下內表面F1(該第一片體1a朝向該第二片體1b的表面)，並可以由該支撐部22抵接於該殼體1上內表面F2(該第二片體1b朝向該第一片體1a的表面)。如此，該腔室S係可以藉由該支撐部22及該基板21的支撐，防止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的機會；特別是，本發明的散熱件不需要進行習知散熱件之銲接支撐柱及在毛細結構開設支撐柱孔洞，或使用蝕刻成型產生支撐柱等步驟，使本發明散熱件的製程得以簡化，進而有效的大幅度降低製造成本。另外，該毛細結構2透過整形的動作，係可以縮小毛細孔的孔徑及增加單位面積中的毛細孔數量，從而提升吸附該工作流體L的能力，亦即可以增加該工作流體L的流動率，藉以達到更好的散熱效能。

此外，本發明亦不限制該毛細結構2的成型方式。舉例而言，請參照第3圖所示，該毛細結構2可以是具有數個毛細孔23的一金屬網N，該金屬網N可以具有相互交錯的數條金屬線N1。如第4圖所示，該金屬網N經整形後，係可以因金屬線N1的延展而縮小了該毛細孔23的孔徑，如此，縮小後的該毛細孔23係可以增加毛細現象的吸附力。另一方面，請參照第5圖所示，該金屬網N亦可以為由數條金屬線N1相互交疊編織所形成的編織網，該數條金屬線N1之間的毛細孔23同樣能夠因為金屬線N1的延展而縮小孔徑及同時產生支撐柱。

此外，該毛細結構2還可以是疊合數個金屬網N後再經整形而形成，該數個金屬網N之網目可以不同，例如使用50目及200目的該金屬網N。較少網目的該金屬網N可以具有較粗之金屬線N1，亦即厚度較厚；較多網目的該金屬網N可以具有較細之金屬線N1，亦即厚度較薄，如此，可以使用粗線徑的金屬網疊合細線徑的金屬網以使該支撐部22達到支撐高度，具有節省材料的作用。如第6、7圖所示，該毛細結構2可以是由二個該金屬網N所疊合；更具體地說，該二金屬網N疊合時，可以使其中一金屬網N的金屬線N1對位於另一金屬網N的毛細孔23，接著再進行整形，使該二金屬網N在相對面上相互嵌合。如此，不僅可以使一個原本較大孔徑的毛細孔23被分成數個較小孔徑的毛細孔23，同時也能使該毛細結構2具有多種不同孔徑的毛細孔23，及增加單位面積的毛細孔23數量，以提升毛細現象的吸附力，該毛細結構2可依產品需求疊合多層該金屬網N，使被分割的該毛細孔23的孔徑再進行分割，如此，係可以大幅地縮小該毛細孔23的孔徑以及增加該毛細孔23的數量。其中，上述的嵌合包含二金屬網N完全嵌合，或如第8圖所示僅部份嵌合。部份嵌合係可以使該毛細結構2僅在該金屬網N互相嵌合的部分形成較多及較小的該毛細孔23，亦即，該毛細結構2可以在相鄰的該金屬網N的相對方向上具有不同的該毛細孔23的數量及孔徑，藉此同樣可以提升毛細現象的吸附力，及同時增加單位面積的該工作流體L含量。如上所述，該毛細結構2可以是疊合數個金屬網N後再經整形而形成，請參照第9圖所示，在本實施例中，該毛細結構2亦可以由三個金屬網N依設定旋轉角度疊合，除了可以更進一步地增加該毛細孔23的數量外，該毛細結構2的網目形狀不再是傳統平織的方形或菱形格，具有產生傳統製程無法達到的高密度之複合式形狀之該毛細孔23的作用。

請參照第10圖所示，當該毛細結構2為燒結粉末結構時，相鄰的數個粉末顆粒P之間可以形成該毛細結構2的毛細孔23，該數個粉末顆粒P經整形後，如第11圖所示，該數個粉末顆粒P可以變形、延展，因此可以縮小該毛細孔23的孔徑，以提升毛細現象的吸附力及同時產生支撐柱之功能。

綜前所述，透過整形該毛細結構2，係可以使該毛細孔23的孔徑小於0.2mm，以產生毛細現象的吸附力。進一步地，該毛細結構2可以是銅網，經整形後係可以使該毛細孔23的孔徑小於0.042mm；該毛細結構2亦可以是不銹鋼網，經整形後係可以使該毛細孔23的孔徑小於0.03mm，均具有提升毛細現象的吸附力及同時產生支撐柱之作用。

請再參照第2圖所示，使用本實施例的均溫板J時，可例如由該殼體1的第一片體1a與一發熱體熱連接，以由該第一片體1a傳遞該發熱體的熱能至該下內表面F1，並由該腔室S中的工作流體L吸收該熱能。該腔室S中的工作流體L吸收該熱能後可以從液態蒸發成氣態，並於接觸相對低溫的第二片體1b後，使該工作流體L可以再凝結成液態，並藉由該毛細結構2重新聚集，使該工作流體L可以再對該發熱體吸收熱能；如此反覆循環，係可以達到提供良好散熱效能的作用。其中，該毛細結構2係可以由該基板21及該支撐部22抵接該殼體1的內壁，該腔室S係可以藉由該基板21及該支撐部22的支撐，防止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。同時，由於該支撐部22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件更進一步的取代由蝕刻產生支撐柱之製程，大幅度降低製造成本，對於該散熱件的微型化或薄型化發展都十分有助益。

請參照第12圖所示，其係本發明散熱件的第二實施例，在本實施例中，該第二片體1b亦可以具有一容槽16，藉此，該第二片體1b結合於該第一片體1a時，該容槽16可連通該容槽11，以共同形成較大的該腔室S，係有利於氣液相轉換之發展以增加散熱效能。

請參照第13圖所示，其係本發明散熱件的第三實施例，該毛細結構2經整形後的該基板21，可以形成至少一第一板體21a及至少一第二板體21b，該第一板體21a的厚度D1與該第二板體21b的厚度D2可以不同。在本實施例中，該第一板體21a的厚度D1可以大於該第二板體21b的厚度D2，即該第一板體21a的壓縮程度可以較小，使該第一板體21a相較於該第二板體21b可以具有較大孔徑的毛細孔23，藉由不同孔徑的該毛細孔23之間的作用，係可增加該工作流體L的流動率，以達到更好的散熱效能。

請參照第14~18圖所示，該第一片體1a及/或該第二片體1b可以朝該腔室S凹入，係可以具有減少占用空間或增加散熱面積的作用。請參照第14圖所示，其係本發明散熱件的第四實施例，在本實施例中，該第二片體1b可以具有朝該腔室S凹入的一凹陷部17，如此，該凹陷部可以用於容納一發熱體或電子元件避位，具有具有減少占用空間的作用。

請參照第15圖所示，其係本發明散熱件的第五實施例，相較於第四實施例，該第二片體1b可以具有數個該凹陷部17，各該凹陷部17可以抵接於各該支撐部22，藉此，係可增加該第二片體1b的散熱面積，以達到更好的散熱效能，又可以增加支撐力。

請參照第16圖所示，其係本發明散熱件的第六實施例，相較於第五實施例，該第一片體1a的外表面可具有一吸熱面18，該吸熱面18可以熱連接一發熱體E，該第一片體1a於該吸熱面18以外的部份，亦可以具有朝該腔室S凹入的數個凹陷部19，各該凹陷部19可以抵接於該基板21，藉此，係可同時增加該第一片體1a及該第二片體1b的散熱面積，以達到更好的散熱效能。

請參照第17圖所示，其係本發明散熱件的第七實施例，在本實施例中，該凹陷部17與該支撐部22可以不互相抵接，如此，具有配合機構之避位以便利安裝於狹小空間的作用。

請參照第18圖所示，其係本發明散熱件的第八實施例，相較於第七實施例，該第一片體1a的該凹陷部19可以使該下內表面F1隆起於該腔室S中，該毛細結構2設置於該腔室S中時，可以沿該下內表面F1的起伏形成該支撐部22，亦即，該支撐部22可以與該凹陷部19一併經整形成型，如此，係可以簡化加工程序。

請參照第19圖所示，其係本發明散熱件的第九實施例，本實施例的散熱件係可以為一熱管H，其殼體1內部同樣具有腔室S以供容置毛細結構2及工作流體L。本實施例熱管H的殼體1及毛細結構2同樣可因應使用需求而設置成前述各實施例的型態，於此不再逐一詳述。

綜上所述，本發明的散熱件，係由該毛細結構經整形後形成該支撐部，因此，減少了支撐柱擺放作業、支撐柱銲接作業或直接於金屬板材蝕刻成型支撐柱等步驟，使散熱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製造成本。該毛細結構可以經由整形成型，係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作用。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，對於該散熱件的微型化或薄型化發展都十分有助益。另外，該殼體可以設置該凹陷部，係可以增加散熱面積，具有進一步增加散熱效能的作用。

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。