CN112304135B - 均温板毛细结构元件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种均温板毛细结构元件及其制造防范，该均温板毛细结构元件包括有第一金属片材以及毛细结构层。第一金属片材具有上表面，且上表面具有沟槽结构。毛细结构层形成于沟槽结构中，且毛细结构层具有第一毛细结构及第二毛细结构。第一毛细结构由第一类球状铜粉末经烧结所形成，第二毛细结构由混合的第二类球状铜粉末及薄形片状铜粉末经烧结所形成。本发明的均温板毛细结构元件藉由两种不同的毛细结构层组成，提升了薄型均温板中工作流体液相及气相循环的效率，因此提升了薄型均温板的解热及导热功能。

Description

均温板毛细结构元件及其制造方法

技术领域

一种均温板元件结构及其制造方法，尤指一种具有毛细结构的均温板毛细结构元件及其制造方法，用以与第二金属片材封合并加工后形成薄形均温板元件。

背景技术

均温板用以散热降温，其为扁平状密闭腔体，密闭腔体内壁上具有毛细结构并容置有工作流体。均温板的工作原理系当部分均温板与热源接触时，均温板的密闭腔体中靠近吸热端(Evaporator)的工作流体，将会吸收热源的热能而导致沸腾并从液相转为气相而释放出潜热(Latent Heat)，并向冷凝端(Condenser)快速流动。当气相的工作流体流至密闭腔体内远离热源的冷凝区域时，工作流体又从气相转为液相，并藉由毛细结构的毛细力(Capillary force)又回流至吸热端。均温板藉由上述的工作流体的相变及传导，进而达到热点(Hot Spot)的散热降温的功能。

本发明的均温板中铜片材沟槽中利用铜浆料进行加热，烘烤并烧结而形成的连续性高孔隙率毛细结构的是一项新颖的技术概念。形成毛细结构的铜粉颗粒形状及组成架构，影响着工作流体液相的水平方向传输速度及气相的垂直逃逸速度。单一结构的毛细结构不易同时满足工作流体水平方向液相输送及垂直向上气相输送的最佳化需求，进而使均温板达到最佳化的导热功能。因此，如何使均温板中工作流体在毛细结构中水平方向的液相输送以及在加热端垂直向上的气化输送的最佳化，这是制作高效率超薄均温板需解决的课题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种均温板毛细结构元件及其制造方法，其能克服现有技术的缺陷，用以与第二金属片材封合并加工后形成薄形均温板元件，能解决效率问题，提高制造效果。

为实现上述目的，本发明公开了一种均温板毛细结构元件，用以与一第二金属片材封合并加工后形成一薄型均温板，其特征在于该均温板毛细结构元件包括：

一第一金属片材，具有一上表面，且该上表面具有一沟槽结构；以及

一毛细结构层，形成于该沟槽结构中，该毛细结构层具有：

一第一毛细结构，包含由一第一类球状铜粉末经烧结所形成；以及

一第二毛细结构，包含由混合的一第二类球状铜粉末及一薄形片状铜粉末经烧结所形成；

其中，该第一毛细结构位于该薄型均温板的一吸热端。

其中，该第一毛细结构中，该第一类球状铜粉末的含量大于90％。

其中，该第二毛细结构中，该薄形片状铜粉末的含量大于15％。

其中，该第一金属片材包含有铜和铜合金中的至少一者。

其中，该第一类球状铜粉末由一第一铜浆料经加热烘烤去除该第一铜浆料所含的一有机溶剂及一聚合物后而得，而混合的该第二类球状铜粉末及该薄形片状铜粉末由一第二铜浆料经加热烘烤去除该第二铜浆料所含的该有机溶剂及该聚合物后而得。

其中，该毛细结构层为多孔结构。

其中，该毛细结构层为连续结构。

还公开了一种均温板毛细结构元件的制造方法，其特征在于包含以下步骤：

提供具有一沟槽结构的一第一金属片材，其中该沟槽结构具有一第一区域及一第二区域；

提供一第一铜浆料及一第二铜浆料；

铺设该第一铜浆料于该第一区域；

铺设该第二铜浆料于该第二区域；

加热该第一铜浆料使其固化；

加热该第二铜浆料使其固化；

烘烤固化后的该第一铜浆料并进行烧结，以形成位于该第一区域的一第一毛细结构；以及

烘烤固化后的该第二铜浆料并进行烧结，以形成位于该第二区域的一第二毛细结构；

其中该第一毛细结构与该第二毛细结构为连续结构，且该第一铜浆料包含有一第一类球状铜粉末、一有机溶剂及一聚合物，该第二铜浆料包含有一第二类球状铜粉末、一薄形片状铜粉末、该有机溶剂及该聚合物。

其中，烘烤固化后的该第一铜浆料并进行烧结，以形成位于该第一区域的一第一毛细结构的步骤，以及烘烤固化后的该第二铜浆料并进行烧结，以形成位于该第二区域的一第二毛细结构的步骤同时在相同的烘烤及烧结制程条件下进行。

相较于现有技术，本发明的均温板毛细结构元件系设置两种微观不同的毛细结构于第一金属片材上表面的沟槽结构中，藉由工作流体于两种不同的毛细结构中的垂直向气化机制与水平向的液态输送机制的不同，两种微观不同的毛细结构形成的热导板毛细结构元件提升了薄型均温板中工作流体液相及气相循环的效率,因此提升了薄型均温板的解热及导热功能。

附图说明

图1：绘示根据本发明的一具体实施例的均温板毛细结构元件的俯视图。

图2：绘示根据本发明的一具体实施例的均温板毛细结构元件的剖面图。

图3：绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板的工作流体的循环示意图。

图3A和图3B分别显示了图3中的部分放大示意图。

图4：绘示根据本发明的一具体实施例的均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。

图5：绘示根据本发明的另一具体实施例的均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。

图6A至图6D：绘示根据图5的示意图。

图7：绘示根据本发明的再一具体实施例的均温板毛细结构元件的制造方法的步骤流程图。

图8A至图8E：绘示根据图7的示意图。

具体实施方式

为了让本发明的优点，精神与特征可以更容易且明确地了解，后续将以具体实施例并参照所附图式进行详述与讨论。值得注意的是，这些具体实施例仅为本发明代表性的具体实施例，其中所举例的特定方法、装置、条件、材质等并非用以限定本发明或对应的具体实施例。又，图中各装置仅用于表达其相对位置且未按其实际比例绘述，合先叙明。

请参阅图1及图2，图1绘示根据本发明的一具体实施例的均温板毛细结构元件1的俯视图，图2绘示根据本发明的一具体实施例的均温板毛细结构元件1的剖面图。为便于说明，后续的图式依照图1的A-A’剖面线的剖面方式绘制。如图1及图2所示，本发明的均温板毛细结构元件1包含有第一金属片材11以及毛细结构层12。第一金属片材11具有上表面111，且上表面111具有沟槽结构112。毛细结构层12形成于沟槽结构112中。毛细结构层12为位于沟槽结构112中的连续结构，以使工作流体利用毛细结构层12移动于沟槽结构112中。此外，毛细结构层12为多孔结构，以使毛细结构层12提供工作流体能利用毛细作用于毛细结构层12中移动。

请合并参阅图3、图3A和图3B，图3、图3A和图3B绘示根据本发明的一具体实施例的薄型均温板V的工作流体的循环示意图。将本发明的均温板毛细结构元件1与第二金属片材2封合并加工后以形成薄型均温板V。此薄型均温板V中具有形成于第一金属片材11与第二金属片材2间的真空腔体3，此真空腔体3作为气道，且毛细结构层12中容置有工作流体。工作流体以液相、气相循环转变的方式传递热能，进而达到快速导热的效果。如图1至3所示，沟槽结构112中可分为第一区域1121与第二区域1122，于一具体实施例中，第一区域1121位于薄型均温板V的吸热端41，即接近热源H的一端。于另一具体实施例中，如图3的具体实施例中，第一区域1121除了位于薄型均温板V的吸热端41，亦位于薄型均温板V的冷凝端42，即远离热源H的一端。第二区域1122则为非第一区域1121的区域，如图3的具体实施例中，第二区域1122则位于薄型均温板V的吸热端41与冷凝端42之间。

位于沟槽结构112中的毛细结构层12，其具有第一毛细结构121及第二毛细结构122。第一毛细结构121包含由第一类球状铜粉末1211经烧结所形成。第二毛细结构122包含由混合的第二类球状铜粉末1221及薄形片状铜粉末1222经烧结所形成。于图3的具体实施例中，第一毛细结构121位于第一区域1121，而第二毛细结构122位于第二区域1122。请参阅图3A，为了清楚说明，以下所述的垂直方向为薄形均温板V垂直于热源H的方向，而平行方向则为薄形均温板V平行于热源H的方向。于第一区域1121的第一毛细结构121由第一类球状铜粉末1211烧结后所构成，工作流体于第一毛细结构121中的垂直方向以及平行方向的流动速率相似，不受第一毛细结构121中的组成结构所影响。然而，于第二区域42的第二毛细结构122由混合有第二类球状铜粉末1221及薄形片状铜粉末1222烧结后所构成，由于横向印刷铺设的方式及铜粉末形状的影响，导致第二毛细结构122中薄形片状铜粉末1222多以平行方向与第二类球状铜粉末1221堆迭。如图3B的第二毛细结构122的放大图所示，此种堆迭架构的毛细结构层12有利于水平方向的工作流体得以快速输送，但若位于加热端，将不利于气化后的工作流体垂直向上将释放的潜热带离。因此，在吸热端则用第一毛细结构121来取代第二毛细结构122。

请参阅图3的箭头指示，箭头为工作流体的移动方向。当工作流体吸收热源H传导至薄型均温板V的吸热端41的热能时，工作流体自液相转变成气相，并自第一毛细结构121垂直移动至毛细结构12与第二金属板材2间的气流通道5。接着，气相的工作流体经由气流通道5流向冷凝端42。于流向冷凝端42的过程中，工作流体藉由热传导与外界环境热交换而放热后，于冷凝端42自气相转变成液相，并自气流通道5垂直移动进入冷凝端42的第一毛细结构121。工作流体藉由毛细结构12的连续性及多孔性，而以毛细作用自冷凝端42的第一毛细结构121流经第二毛细结构122后到达吸热端41的第一毛细结构121。如此，即为工作流体的完整的热传导循环。

相较于单一铜粉烧结、铜网、铜丝或是复合式结构所形成的毛细结构，本发明的均温板毛细结构元件1藉由不同的毛细结构12设计，让气相及液相的工作流体皆能快速地以移动，以加速热传导速率。

综上所述，本发明的复合型毛细结构层12对于工作流体的气相和液相输送机制非单一铜粉烧结、铜网结构所形成的毛细结构所能达成。

其中，本领域通常知识者可依制程或各自需求调整第一毛细结构121中的第一类球状铜粉末1211的含量。当第一类球状铜粉末1211的含量为100％时(如前述的具体实施例)，工作流体于第一毛细结构121中的垂直方向以及平行方向的孔隙结构近乎相同。当第一类球状铜粉末1211的含量减少，则工作流体于第一毛细结构121中的垂直方向及平行方向的孔隙率将会受到其他形状添加粉末所影响。若其他添加于第一毛细结构121中的添加粉末为薄形片状铜粉末1222时，则会增加工作流体于第一毛细结构121中的平行方向的流动速率，并减少垂直方向的气化速率。然而，为了能维持如本发明中的第一毛细结构121所带来的功效，第一类球状铜粉末1211的含量需大于90％。

同理，第二毛细结构122中的第二类球状铜粉末1221及薄形片状铜粉末1222的添加比例也可由本领域通常知识者依制程或各自需求自行调整。当第二毛细结构122中所混合的薄形片状铜粉末1222的含量变化时，工作流体于第二毛细结构122中的平行方向的流动速率亦产生变化。然而，若第二类球状铜粉末1221的含量过低，也会造成薄形片状铜粉末1222之间的堆迭过密，导致工作流体的流动孔隙率过小，反而使工作流体的流动速率降低。在一具体实施例中，第二毛细结构122中，薄形片状铜粉末1222的含量需大于15％，而合适的添加范围介于15％至50％之间。

此外，需要了解的是，上述的第一区域1121与第二区域1122并不限于图中所绘的位置，本领域通常知识者可根据本发明的第一毛细结构121与第二毛细结构122与工作流体间的作动原理，以设计第一区域1121与第二区域1122的位置，并不以此为限。

请参阅图4，图4绘示根据本发明的一具体实施例的均温板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图。如图4所示，本发明的均温板毛细结构元件1的制造方法，其包含以下步骤：步骤S1：提供具有沟槽结构112的第一金属片材11，其中沟槽结构112具有第一区域1121及第二区域1122；步骤S2：提供第一铜浆料131及第二铜浆料132；步骤S31：铺设第一铜浆料131于第一区域1121；步骤S32：铺设第二铜浆料132于第二区域1122；步骤S41：加热第一铜浆料131使其固化；步骤S42：加热第二铜浆料132使其固化；步骤S51：烘烤固化后的第一铜浆料131并进行烧结，以形成位于第一区域1121的第一毛细结构121；步骤S52：烘烤固化后的第二铜浆料132并进行烧结，以形成位于第二区域1122的第二毛细结构122。其中，第一毛细结构121与第二毛细结构122为连续结构，且第一毛细结构121与第二毛细结构122紧密相连以达到连续性，进而才能使工作流体藉由毛细作用移动于第一毛细结构121与第二毛细结构122间。如图4的实施例，步骤S31及步骤S32可同时进行、步骤S41及步骤S42可同时进行，且步骤S51及步骤S52可同时进行，以完成均温板毛细结构元件1。

其中，第一金属片材11包含有铜和铜合金中的至少一者。第一铜浆料131包含有第一类球状铜粉末1211、有机溶剂及聚合物，而第二铜浆料132包含有第二类球状铜粉末1221、薄形片状铜粉末1222、有机溶剂及聚合物。当加热烘烤时，第一铜浆料131与第二铜浆料132中的有机溶剂及聚合物将先被去除，接着持续加热至第一类球状铜粉末1211、第二类球状铜粉末1221及薄形片状铜粉末1222分别烧结成第一毛细结构121及第二毛细结构122。其中有机溶剂与聚合物形成胶体(Colloid)，用以分散及悬浮铜粉末以形成铜浆料，以便于铺置在第一金属片材11的沟槽结构112中并加工制作成毛细结构层12。

请参阅图5及图6A至图6D，图5绘示根据本发明的另一具体实施例的均温板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图，图6A至图6D绘示根据图5的示意图。于实际应用中，如图5及图6A至图6D所示，毛细结构层12的形成可利用钢版印刷，依序进行步骤S31及步骤S32，以将第一铜浆料131与第二铜浆料132铺设于沟槽结构112中。此时，由于第一铜浆料131与第二铜浆料132具有流动性，而能于第一铜浆料131与第二铜浆料132的交界处紧密结合，进而经同时进行步骤S41及步骤S42，以及同时进行步骤S51及步骤S52，以加热烘烤烧结后形成连续性的毛细结构层12。需要注意的是，第一铜浆料131与第二铜浆料132的铺设顺序并不以此为限。

请参阅图7及图8A至图8E，图7绘示根据本发明的再一具体实施例的均温板毛细结构元件1的制造方法的步骤流程图，图8A至图8E绘示根据图7的示意图。于实际应用中，除了如图5及图6A至图6D的实施例外，亦可如图7与图8A至图8E的实施例于步骤S31后，先行进行步骤S41及S51，以将第一铜浆料131加热烧结形成第一毛细结构121。接着，再进行步骤S32，以及步骤S42和步骤S52，以将第二铜浆料132加热烧结形成第二毛细结构122。本发明的制造方法可藉由依序将第一铜浆料131铺设、烧结，再将第二铜浆料132铺设、烧结，以形成毛细结构层12。除了上述的毛细结构层12的形成方法外，本领域的通常知识者，可以达到于第一区域1121铺设第一铜浆料131，且于第二区域1122铺设第二铜浆料132为目的，自行调整最适合的制程方式，并不以此为限。

其中，上述的第一类球状铜粉末1211及第二类球状铜粉末1221可为相同之，且此类球状铜粉末的最大内切圆半径与最小外接圆半径的比值为0.6以上。薄形片状铜粉末1222的厚度为数百奈米(nm)的奈米等级，平均径度910为数拾微米(um)的微米等级，且径厚比大于30。有机溶剂可以为醇类溶剂，而聚合物可以为天然树脂(Natural Resin)或合成树脂(Synthetic Resin)。

相较于现有技术，本发明的均温板毛细结构元件1设置两种微观不同的毛细结构层12第一金属片材11上表面111的于沟槽结构112中，藉由工作流体于两种不同的毛细结构层12中的垂直向气化机制与水平向的液态传输机制的不同，两种微观不同的毛细结构形成的均温板毛细结构元件1提升了薄型均温板V中工作流体的液相及气相循环的效率，因此提升了薄型均温板V的解热及导热功能。

藉由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。因此，本发明所申请的专利范围的范畴应该根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。

Claims (7)

1.一种均温板毛细结构组件，用以与一第二金属片材封合并加工后形成一薄型均温板，其特征在于该均温板毛细结构组件包括：

一第一金属片材，具有一上表面，且该上表面具有一沟槽结构；以及

一毛细结构层，形成于该沟槽结构中，为连续性的多孔结构，该毛细结构层具有：

一第一毛细结构，位于该薄型均温板的一吸热端，包含由一第一类球状铜粉末经烧结所形成；以及

一第二毛细结构，位于该薄型均温板的该吸热端和一冷凝端之间的区域，包含由混合的一第二类球状铜粉末及一薄形片状铜粉末经烧结所形成。

2.如权利要求1所述的均温板毛细结构组件，其特征在于，该第一毛细结构中，该第一类球状铜粉末的含量大于90%。

3.如权利要求1所述的均温板毛细结构组件，其特征在于，该第二毛细结构中，该薄形片状铜粉末的含量大于15%。

4.如权利要求1所述的均温板毛细结构组件，其特征在于，该第一金属片材包含有铜和铜合金中的至少一者。

5.如权利要求1所述的均温板毛细结构组件，其特征在于，该第一类球状铜粉末由一第一铜浆料经加热烘烤去除该第一铜浆料所含的一有机溶剂及一聚合物后而得，而混合的该第二类球状铜粉末及该薄形片状铜粉末由一第二铜浆料经加热烘烤去除该第二铜浆料所含的该有机溶剂及该聚合物后而得。

6.一种均温板毛细结构组件的制造方法，用于形成一薄型均温板，其特征在于包含以下步骤：

提供具有一沟槽结构的一第一金属片材，其中该沟槽结构具有一第一区域及一第二区域，该第一区域位于该薄型均温板的一吸热端，该第二区域位于该薄型均温板的该吸热端和一冷凝端之间；

提供一第一铜浆料及一第二铜浆料；

铺设该第一铜浆料于该第一区域；

铺设该第二铜浆料于该第二区域；

加热该第一铜浆料使其固化；

加热该第二铜浆料使其固化；

烘烤固化后的该第一铜浆料并进行烧结，以形成位于该第一区域的一第一毛细结构；以及

烘烤固化后的该第二铜浆料并进行烧结，以形成位于该第二区域的一第二毛细结构；

其中该第一毛细结构与该第二毛细结构为连续结构，且该第一铜浆料包含有一第一类球状铜粉末、一有机溶剂及一聚合物，该第二铜浆料包含有一第二类球状铜粉末、一薄形片状铜粉末、该有机溶剂及该聚合物。

7.如权利要求6所述的均温板毛细结构组件的制造方法，其特征在于，烘烤固化后的该第一铜浆料并进行烧结，以形成位于该第一区域的一第一毛细结构的步骤，以及烘烤固化后的该第二铜浆料并进行烧结，以形成位于该第二区域的一第二毛细结构的步骤同时在相同的烘烤及烧结制程条件下进行。

Images