CN218888890U - 热扩散设备以及电子设备 - Google Patents

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CN218888890U CN202222310468.3U CN202222310468U CN218888890U CN 218888890 U CN218888890 U CN 218888890U CN 202222310468 U CN202222310468 U CN 202222310468U CN 218888890 U CN218888890 U CN 218888890U
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向井刚
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Abstract

本实用新型涉及热扩散设备以及电子设备。本实用新型提供一种热扩散设备，该热扩散设备具备即使扩大工作介质的液体流路的宽度，构造上也稳定的芯体构造体。热扩散设备(1)具备：框体(10)，具有在厚度方向(Z)上对置的第一内壁面(11a)及第二内壁面(12a)；工作介质(20)，被封入于框体(10)的内部空间；以及芯体构造体(30)，配置于框体(10)的上述内部空间。芯体构造体(30)包括：支承部(31)，与第一内壁面(11a)接触；和有孔部(32)，由与支承部(31)相同的材料构成，并与支承部(31)一体地构成。

Description

热扩散设备以及电子设备
技术领域
本实用新型涉及热扩散设备以及电子设备。
背景技术
近年来，由于元件的高集成化及高性能化而导致发热量增加。另外，随着产品的小型化发展，发热密度增加，因此散热对策变得重要。该状况在智能手机及平板电脑等移动终端的领域中特别显著。作为热对策部件，大多使用石墨片等，但其热输送量并不充分，因此研究了各种热对策部件的使用。其中，作为能够非常有效地使热量扩散的热扩散设备，面状的热管亦即均热板的使用的研究正在进行。
均热板具有在框体的内部封入有工作介质(也称为工作流体)和利用毛细力而输送工作介质的芯体的构造。工作介质在吸收来自电子部件等发热元件的热量的蒸发部中吸收来自发热元件的热量并在均热板内蒸发后，在均热板内移动，被冷却而返回至液相。返回至液相的工作介质利用芯体的毛细力再次向发热元件侧的蒸发部移动，将发热元件冷却。通过反复进行该动作，均热板不必具有外部动力而独立工作，利用工作介质的蒸发潜热及冷凝潜热，能够二维且高速地扩散热量。
在专利文献1中，公开了作为均热板的一个例子的热接地平面(thermal groundplane)。专利文献1中记载的热接地平面具备：第一面状基材(planar substrate member)；配置于上述第一面状基材的多个微柱；粘接于至少一部分的上述微柱的网状物；配置于上述第一面状基材、上述微柱及上述网状物中的至少一个的蒸汽芯(vapor core)；以及配置于上述第一面状基材的第二面状基材，上述网状物将上述微柱与上述蒸汽芯分离，上述第一面状基材及上述第二面状基材将上述微柱、上述网状物以及上述蒸汽芯包围。
专利文献1：美国专利第10,527,358号说明书
在专利文献1所记载的均热板中，芯体由微柱等支柱和网状物等有孔体构成。其中，微柱等支柱具有四棱柱状或圆柱状等形状，在支柱之间形成有工作介质的液体流路。因此，支柱彼此的间隔越宽，液体流路的宽度越宽，因而透射率越高。另一方面，若液体流路的宽度过宽，则网状物等有孔体容易落入支柱之间，因此存在有孔体的位置偏移而芯体的稳定性降低的担忧。由于以上的理由，难以大幅扩大液体流路的宽度，从提高均热板的特性的观点出发，可以说存在改善的余地。
此外，上述问题不限于均热板，是能够通过与均热板相同的结构使热量扩散的热扩散设备所共通的问题。
实用新型内容
本实用新型是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种热扩散设备，该热扩散设备具备即使扩大工作介质的液体流路的宽度，构造上也稳定的芯体构造体。另外，本实用新型的目的还在于提供一种具备上述热扩散设备的电子设备。
本实用新型的热扩散设备具备：框体，具有在厚度方向上对置的第一内壁面及第二内壁面；工作介质，被封入于上述框体的内部空间；以及芯体构造体，配置于上述框体的上述内部空间。上述芯体构造体包括：支承部，与上述第一内壁面接触；和有孔部，由与上述支承部相同的材料构成，并与上述支承部一体地构成。
本实用新型的电子设备具备本实用新型的热扩散设备。
根据本实用新型，能够提供一种热扩散设备，该热扩散设备具备即使扩大工作介质的液体流路的宽度，构造上也稳定的芯体构造体。另外，根据本实用新型，能够提供一种具备上述热扩散设备的电子设备。
附图说明
图1是示意性地表示本实用新型的热扩散设备的一个例子的立体图。
图2是图1所示的热扩散设备的沿着II-II线的剖视图的一个例子。
图3是示意性地表示构成图2所示的热扩散设备的芯体构造体的一个例子的放大了一部分的剖视图。
图4是从支承部侧观察图3所示的芯体构造体的俯视图。
图5是示意性地表示芯体构造体的第一变形例的放大了一部分的剖视图。
图6是示意性地表示芯体构造体的第二变形例的放大了一部分的剖视图。
图7是示意性地表示芯体构造体的第三变形例的放大了一部分的剖视图。
图8是示意性地表示芯体构造体的第四变形例的俯视图。
附图标记说明
1…均热板(热扩散设备)；10…框体；11…第一片材；11a…第一内壁面；12…第二片材；12a…第二内壁面；20…工作介质；30、30A、30B、30C、30D…芯体构造体；31…支承部；32…有孔部；32a…有孔部的孔；40…支柱；HS…热源；P31…支承部的中心间距离；P32…有孔部的孔的中心间距离；T31…支承部的高度；T32…有孔部的厚度；W31…支承部的宽度；X…宽度方向；Y…长度方向；Z…厚度方向；…有孔部的孔的直径。
具体实施方式
以下，对本实用新型的热扩散设备进行说明。
然而，本实用新型并不限定于以下的实施方式，能够在不变更本实用新型的主旨的范围内适当变更而进行应用。此外，本实用新型也包括将以下记载的本实用新型的各个优选结构组合两个以上的结构。
在本实用新型的热扩散设备中，其特征在于，构成芯体构造体的支承部及有孔部由相同的材料构成，并且一体地构成。由此，在支承部与有孔部之间不会产生粘接偏差。其结果，即使扩大形成工作介质的液体流路的支承部的间隔，芯体构造体在构造上也稳定，因此能够抑制热扩散设备的特性劣化。另外，由于支承部及有孔部一体化，因此芯体构造体的强度也提高。
在本说明书中，“一体地构成”是指在支承部与有孔部之间不存在界面，具体而言，是指在支承部与有孔部之间无法判别边界。例如，在作为支承部的铜柱和作为有孔部的铜网状物通过扩散接合或点焊等而被固定的芯体构造体中，由于难以将支承部与有孔部之间遍及整个面地接合，因此在支承部与有孔部之间的一部分产生间隙。在这样的芯体构造体中，由于在支承部与有孔部之间能够判别边界，因此可以说支承部和有孔部不是一体地构成。
以下，作为本实用新型的热扩散设备的一个实施方式，以均热板为例进行说明。本实用新型的热扩散设备也能够应用于热管等热扩散设备。
以下所示的附图是示意性的，其尺寸、纵横比的比例尺等有时与实际的产品不同。
图1是示意性地表示本实用新型的热扩散设备的一个例子的立体图。图2是图1所示的热扩散设备的沿着II-II线的剖视图的一个例子。
图1所示的均热板(热扩散设备)1具备密闭为气密状态的中空的框体10。框体10具有在厚度方向Z上对置的第一内壁面11a及第二内壁面12a。均热板1还具备：工作介质20，被封入于框体10的内部空间；和芯体构造体30，配置于框体10的内部空间。
在框体10设定有使封入的工作介质20蒸发的蒸发部。如图1所示，在框体10的外壁面配置有作为发热元件的热源(heat source)HS。作为热源HS，可列举电子设备的电子部件，例如中央处理装置(CPU)等。在框体10的内部空间中，热源HS的附近即被热源HS加热的部分相当于蒸发部。
均热板1优选整体为面状。即，框体10优选整体为面状。这里，“面状”包括板状及片状，是指宽度方向X的尺寸(以下，称为宽度)及长度方向Y的尺寸(以下，称为长度)相对于厚度方向Z的尺寸(以下，称为厚度或高度)相当大的形状，例如宽度及长度为厚度的10倍以上，优选为100倍以上的形状。
均热板1的大小，即框体10的大小没有特别限定。均热板1的宽度及长度能够根据用途来适当设定。均热板1的宽度及长度分别例如为5mm以上500mm以下，20mm以上300mm以下或者50mm以上200mm以下。均热板1的宽度及长度可以相同，也可以不同。
框体10优选由外缘部被接合的对置的第一片材11及第二片材12构成。
在框体10由第一片材11及第二片材12构成的情况下，构成第一片材11及第二片材12的材料只要是具有适合用作均热板的特性，例如导热性、强度、柔软性、挠性等的材料，则没有特别限定。构成第一片材11及第二片材12的材料优选为金属，例如为铜、镍、铝、镁、钛、铁或者以它们为主成分的合金等，特别优选为铜。构成第一片材11及第二片材12的材料可以相同，也可以不同，但优选相同。
在框体10由第一片材11及第二片材12构成的情况下，第一片材11及第二片材12在它们的外缘部相互接合。该接合的方法没有特别限定，例如能够使用激光焊接、电阻焊接、扩散接合、钎焊、TIG焊接(钨-惰性气体焊接)、超声波接合或树脂密封，优选能够使用激光焊接、电阻焊接或钎焊。
第一片材11及第二片材12的厚度没有特别限定，但分别优选为10μm以上200μm以下，更优选为30μm以上100μm以下，进一步优选为40μm以上60μm以下。第一片材11及第二片材12的厚度可以相同，也可以不同。另外，第一片材11及第二片材12的各片材的厚度可以整体上相同，也可以一部分较薄。
第一片材11及第二片材12的形状没有特别限定。例如，第一片材11及第二片材12也可以分别是外缘部比外缘部以外的部分厚的形状。
均热板1整体的厚度没有特别限定，优选为50μm以上500μm以下。
从厚度方向Z观察的框体10的平面形状没有特别限定，例如，可列举三角形或矩形等多边形、圆形、椭圆形、将它们组合而成的形状等。另外，框体10的平面形状也可以为L字型、C字型(コ字型)、阶梯型等。另外，框体10也可以具有贯通口。框体10的平面形状也可以是与均热板的用途、均热板的安装部位的形状、附近存在的其他部件相对应的形状。
工作介质20只要在框体10内的环境下能够产生气-液的相变，则没有特别限定，例如能够使用水、醇类、氟利昂替代物等。例如，工作介质20为水性化合物，优选为水。
芯体构造体30具有能够利用毛细力使工作介质20移动的毛细管构造。芯体构造体30的毛细管构造可以是现有的均热板中使用的公知的构造。
芯体构造体30的大小及形状没有特别限定，但例如优选芯体构造体30连续地配置在框体10的内部空间中。芯体构造体30可以配置于框体10的内部空间的整体，芯体构造体30也可以不配置于框体10的内部空间的一部分。
图3是示意性地表示构成图2所示的热扩散设备的芯体构造体的一个例子的放大了一部分的剖视图。图4是从支承部侧观察图3所示的芯体构造体的俯视图。
如图2、图3以及图4所示，芯体构造体30包括与第一内壁面11a接触的支承部31、和由与支承部31相同的材料构成并与支承部31一体地构成的有孔部32。
构成支承部31及有孔部32的材料没有特别限定，例如可列举树脂、金属、陶瓷或者它们的混合物、层叠物等。
在芯体构造体30中，支承部31包括多个柱状部件。通过在柱状部件之间保持液相的工作介质20，能够提高均热板1的热输送能力。这里，“柱状”是指底面的长边的长度相对于底面的短边的长度之比不足5倍的形状。
柱状部件的形状没有特别限定，例如可列举圆柱形状、棱柱形状、圆锥台形状、棱锥台形状等形状。
柱状部件只要高度相对高于周围即可。因此，柱状部件除了从第一内壁面11a突出的部分之外，还包括由于形成于第一内壁面11a的凹陷而高度相对变高的部分。
作为有孔部32，例如可使用通过蚀刻加工或金属加工而形成的金属多孔膜、烧结体、多孔体等。作为有孔部32的材料的烧结体例如可以由金属多孔质烧结体、陶瓷多孔质烧结体等多孔质烧结体构成，优选由铜或镍的多孔质烧结体构成。作为有孔部32的材料的多孔体例如可以由金属多孔体、陶瓷多孔体、树脂多孔体等构成。
由支承部31及有孔部32一体地构成的芯体构造体30例如能够通过蚀刻技术、基于多层涂布的印刷技术、其他的多层技术等而制作。
支承部31也可以与框体10一体，例如也可以通过对框体10的第一内壁面11a进行蚀刻加工等而形成。
如图2及图3所示，支承部31优选具有宽度随着从有孔部32趋向第一内壁面11a而变窄的锥形形状。由此，能够抑制有孔部32落入支承部31之间，并且能够在框体10侧扩大支承部31之间的流路。其结果，透射率上升，最大热输送量变大。
如图2、图3以及图4所示，优选在从厚度方向Z观察有孔部32时，在与支承部31重叠的区域不存在有孔部32的孔32a。在该情况下，工作介质20不易被捕获在支承部31上。
支承部31的配置没有特别限定，但优选在规定的区域均等地配置，更优选在整体上均等地配置，例如配置为支承部31的中心间距离(间距)恒定。
支承部31的中心间距离(图4中P31所示的长度)例如为60μm以上800μm以下。支承部31的宽度(图4中W31所示的长度)例如为20μm以上500μm以下。支承部31的高度(图3中T31所示的长度)例如为10μm以上100μm以下。
有孔部32的孔32a的配置没有特别限定，优选在规定的区域均等地配置，更优选在整体上均等地配置，例如配置为有孔部32的孔32a的中心间距离(间距)恒定。
有孔部32的孔32a的中心间距离(图4中P32所示的长度)例如为3μm以上150μm以下。有孔部32的孔32a的直径(图4中φ32所示的长度)例如为1μm以上100μm以下。有孔部32的厚度(图3中T32所示的长度)例如为5μm以上50μm以下。
图5是示意性地表示芯体构造体的第一变形例的放大了一部分的剖视图。
如图5所示的芯体构造体30A那样，在从厚度方向Z观察有孔部32时，在与支承部31重叠的区域也可以存在有孔部32的孔32a。
图6是示意性地表示芯体构造体的第二变形例的放大了一部分的剖视图。
在图6所示的芯体构造体30B中，支承部31及有孔部32由多孔质体构成。不仅有孔部32而且支承部31也由多孔质体构成，由此能够提高芯体构造体30B的毛细力。
作为构成支承部31及有孔部32的多孔质体，例如可列举金属多孔质烧结体、陶瓷多孔质烧结体等多孔质烧结体，或者金属多孔体、陶瓷多孔体、树脂多孔体等多孔体。
由多孔质体构成的芯体构造体30B例如能够通过使用了金属糊剂或陶瓷糊剂的多层涂布的印刷技术等而制作。此时，用于形成支承部31的糊剂中的金属或陶瓷的含量可以与用于形成有孔部32的糊剂中的金属或陶瓷的含量相同，也可以比用于形成有孔部32的糊剂中的金属或陶瓷的含量少，也可以比用于形成有孔部32的糊剂中的金属或陶瓷的含量多。例如，通过使用于形成支承部31的糊剂中的金属或陶瓷的含量比用于形成有孔部32的糊剂中的金属或陶瓷的含量多，能够使支承部31的密度大于有孔部32的密度。其结果，能够提高支承部31的强度。
图7是示意性地表示芯体构造体的第三变形例的放大了一部分的剖视图。
在图7所示的芯体构造体30C中，例如通过冲压加工等使金属箔的一部分弯曲并凹陷，由此在凹陷的部分形成支承部31。由于在支承部31的凹陷的部分形成有蒸汽空间，因此导热率提高。
进行冲压加工等之前的金属箔的厚度优选为恒定。但是，在弯曲的部分，金属箔也会变薄。如上所述，在芯体构造体30C中，优选支承部31的厚度与有孔部32的厚度相同，或者比有孔部32的厚度小。
图8是示意性地表示芯体构造体的第四变形例的俯视图。此外，图8是从支承部侧观察的芯体构造体的俯视图。
在图8所示的芯体构造体30D中，支承部31包括多个轨道状部件。通过在轨道状部件之间保持液相的工作介质20，能够提高均热板1的热输送能力。这里，“轨道状”是指底面的长边的长度相对于底面的短边的长度之比为5倍以上的形状。
轨道状部件的与延伸方向垂直的截面形状没有特别限定，例如可列举四边形等多边形、半圆形、半椭圆形、将它们组合而成的形状等。
轨道状部件只要高度相对高于周围即可。因此，轨道状部件除了从第一内壁面11a突出的部分之外，还包括由于形成于第一内壁面11a的槽而高度相对变高的部分。
如图2所示，在框体10的内部空间也可以配置有与第二内壁面12a接触的支柱40。通过在框体10的内部空间配置支柱40，能够支承框体10及芯体构造体30。
构成支柱40的材料没有特别限定，例如可列举树脂、金属、陶瓷或者它们的混合物、层叠物等。另外，支柱40也可以与框体10一体，例如也可以通过对框体10的第二内壁面12a进行蚀刻加工等而形成。
支柱40的形状只要是能够支承框体10及芯体构造体30的形状，则没有特别限定，但作为支柱40的与高度方向垂直的截面的形状，例如可列举矩形等多边形、圆形、椭圆形等。
支柱40的高度在一个均热板中，可以相同，也可以不同。
在图2所示的截面中，支柱40的宽度只要是提供能够抑制框体10的变形的强度的宽度，则没有特别限定，但支柱40的端部的与高度方向垂直的截面的当量圆直径例如为100μm以上2000μm以下，优选为300μm以上1000μm以下。通过增大支柱40的当量圆直径，能够进一步抑制框体10的变形。另一方面，通过减小支柱40的当量圆直径，能够将用于供工作介质20的蒸汽移动的空间确保为更大。
支柱40的配置没有特别限定，但优选在规定的区域均等地配置，更优选在整体上均等地配置，例如配置为支柱40之间的距离恒定。通过均等地配置支柱40，能够遍及均热板1的整体地确保均匀的强度。
本实用新型的热扩散设备并不限定于上述实施方式，关于热扩散设备的结构、制造条件等，能够在本实用新型的范围内，施加各种应用、变形。
在本实用新型的热扩散设备中，框体可以具有一个蒸发部，也可以具有多个蒸发部。即，在框体的外壁面可以配置一个热源，也可以配置多个热源。蒸发部及热源的数量没有特别限定。
在本实用新型的热扩散设备中，在框体由第一片材及第二片材构成的情况下，第一片材和第二片材可以重叠为端部一致，也可以端部错开地重叠。
在本实用新型的热扩散设备中，在框体由第一片材及第二片材构成的情况下，构成第一片材的材料与构成第二片材的材料也可以不同。例如，通过在第一片材使用强度高的材料，能够使施加于框体的应力分散。另外，通过使两者的材料不同，能够利用一个片材获得一个功能，利用另一个片材获得其他功能。作为上述功能，没有特别限定，例如可列举导热功能、电磁波屏蔽功能等。
本实用新型的热扩散设备能够以散热为目的而搭载于电子设备。因此，具备本实用新型的热扩散设备的电子设备也是本实用新型之一。作为本实用新型的电子设备，例如可列举智能手机、平板终端、笔记本电脑、游戏机、可穿戴设备等。如上所述，本实用新型的热扩散设备不需要外部动力而独立工作，利用工作介质的蒸发潜热及冷凝潜热，能够二维且高速地扩散热量。因此，通过具备本实用新型的热扩散设备的电子设备，能够在电子设备内部的有限的空间中有效地实现散热。
【工业上的可利用性】
本实用新型的热扩散设备能够在便携式信息终端等领域中用于广泛的用途。例如能够用于降低CPU等热源的温度，延长电子设备的使用时间，能够用于智能手机、平板终端、笔记本电脑等。

Claims (8)

1.一种热扩散设备，其特征在于，具备：
框体，具有在厚度方向上对置的第一内壁面及第二内壁面；
工作介质，被封入于所述框体的内部空间；以及
芯体构造体，配置于所述框体的所述内部空间，
所述芯体构造体包括：
支承部，与所述第一内壁面接触；和
有孔部，由与所述支承部相同的材料构成，并与所述支承部一体地构成。
2.根据权利要求1所述的热扩散设备，其特征在于，
所述支承部具有宽度随着从所述有孔部趋向所述第一内壁面而变窄的锥形形状。
3.根据权利要求1或2所述的热扩散设备，其特征在于，
在从所述厚度方向观察所述有孔部时，在与所述支承部重叠的区域不存在所述有孔部的孔。
4.根据权利要求1或2所述的热扩散设备，其特征在于，
所述支承部及所述有孔部由多孔质体构成。
5.根据权利要求1或2所述的热扩散设备，其特征在于，
所述支承部的厚度与所述有孔部的厚度相同，或者所述支承部的厚度比所述有孔部的厚度小。
6.根据权利要求1或2所述的热扩散设备，其特征在于，
所述支承部包括多个柱状部件。
7.根据权利要求1或2所述的热扩散设备，其特征在于，
所述支承部包括多个轨道状部件。
8.一种电子设备，其特征在于，
所述电子设备具备权利要求1～7中任一项所述的热扩散设备。
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