TW201610385A - 平面型熱管 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種平面型熱管，包括：容器，由相向的2片板狀體所組成，且中央部形成有具有空洞部的凸部；以及工作液，封入該空洞部，其中該空洞部具有毛細構造，該凸部的外周部會加熱熔接而被密封，該凸部以及被加熱熔接的熔接部之間的該凸部的周圍形成有溝。
Description
本發明係有關於一種平面型熱管，能夠抑制具有毛細構造的空隙部的變形，並且減低容器全體的扭曲。
搭載於電子機器的半導體元件等的電子零件因為伴隨著高性能化而高密度的搭載等，使得發熱量增大，近年來冷卻變得更為重要。電子零件的冷卻方法中有一種是使用平面型熱管。
有一種平面型熱管，用了縫熔接的方式來密封具有毛細構造的空隙部(專利文獻1)。然而，在縫熔接中，平面型熱管的熔接部的寬度有擴大的傾向，也存有不適合高速熔接的問題。
有一種平面型熱管，用了超音波熔接的方式來密封具有毛細構造的空隙部(專利文獻2)。然而，在超音波熔接中，熔接強度受到限制，因此具有毛細構造的空隙部的氣密性比起傳統技術更難以進一步提高。
又，有一種平面型熱管，用了壓接的方式來密封具有毛細構造的空隙部(專利文獻3)。然而，在壓接中，因為是利用塑性變形來接合，所以接合強度受到限制，具有毛細構造的空隙部的氣密性比起傳統技術更難以進一步提高，而且
也有熱管可能會發生變形的問題。
因此，近年來，因為具有能夠獲得氣密性佳的空隙部且適合於高速熔接的特點，而提出了一種使用YAG雷射熔接來密封具有毛細構造的空隙部的平面型熱管。然而，在YAG雷射熔接中，容器的雷射照射側表面上的雷射熔接部的寬度，與容器的雷射照射側的相反側的表面的雷射熔接部的寬度相比，兩者的差變大。也就是說，在YAG雷射熔接中，容器的雷射照射側表面的熔接部的寬度比起相反側表面的熔接部的寬度還要寬了許多，因此熔接部固化時，會因為上述兩表面的熔接部的寬度差而產生平面型熱管全體扭曲的問題，也會因為熔接時所產生的容器材料的熔融熱傳達到空隙部，使得空隙部發生變形。
先行技術文獻
專利文獻1：日本特開2003-314979號公報
專利文獻2：日本特開2003-80378號公報
專利文獻3：日本特開2002-310581號公報
有鑑於上述的問題，本發明的目的是提供一種平面型熱管，能夠抑制具有毛細構造的空隙部的變形，並且減低容器全體的扭曲。
本發明的態樣是一種平面型熱管，包括：容器，由相向的2片板狀體所組成，且中央部形成有具有空洞部的凸部；以及工作液，封入該空洞部，其中該空洞部具有毛細構造，該凸部的外周部會加熱熔接而被密封，該凸部以及被加熱熔接
的熔接部之間的該凸部的周圍形成有溝。本發明的態樣是該平面型熱管中，該溝的深度是該2片板狀體的合計厚度的1/10以上且1/3以下。本發明的態樣是該平面型熱管中，該溝的寬度是該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度以上，且不滿足該加熱側表面上的該熔接部的凸部側端部至該凸部的端部為止的最短距離。本發明的態樣是該平面型熱管中，該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度是該2片板狀體的合計厚度的1/10以上，並且是該容器的該加熱側表面上的該熔接部的凸部側端部至該凸部的端部為止的最短距離以下。另外，上述的加熱熔接的熔接法並沒有特別限定，例如雷射熔接、阻抗熔接、Tig熔接、電子束熔接等，從窄範圍熔接、加工形狀的自由度以及加工時間的改善的觀點來看，雷射熔接較佳。
本發明的態樣是該平面型熱管中，該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度是10μm以上且300μm以下。
本發明的態樣是該平面型熱管中，該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度比上該容器的該加熱側表面的相反側表面上的該熔接部的熔接寬度的比例是1：1~1：0.8。
本發明的態樣是該平面型熱管中，該凸部的厚度是該2片的板狀體的合計厚度的1/2以上。
本發明的態樣是該平面型熱管中，該容器的材料是銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、或者是不鏽鋼。
本發明的態樣是該平面型熱管中，該2片的板狀體的合計厚度是0.05mm以上且1.0mm以下。
本發明的態樣是該平面型熱管中，該加熱熔接是
雷射熔接。
本發明的態樣是一種平面型熱管，包括：容器，由相向的2片板狀體所組成，且中央部形成有具有空洞部的凸部；以及工作液，封入該空洞部，其中該空洞部具有毛細構造，該凸部的外周部會雷射熔接而被密封，該容器的雷射照射側表面上的雷射熔接部的凸部側端部至該凸部的端部為至的最短距離是該2片的板狀體的合計厚度以上，該雷射照射側表面上的該雷射熔接部的熔接寬度是該2片的板狀體的合計厚度的1/10以上並且是該雷射照射側表面上的該雷射熔接部的該凸部側端部至該凸部的端部為至的最短距離以下。
根據本發明的態樣，溝形成於凸部的周圍，藉此該溝能夠抑制熔接時產生的容器材料的熔融熱傳達到空洞部，因此減低了空洞部的變形。又，溝成於凸部的周圍，且加熱側表面上的熔接部的熔接寬度是2片板狀體的合計厚度的1/10以上並且是加熱側表面上的熔接部的凸部側端部至凸部的端部為至的最短距離以下，藉此該溝能夠抑制熔接時產生的容器材料的熔融熱傳達到空洞部，因此減低了空洞部的變形。又，因為容器的加熱側表面的熔接部的熔接寬度與相反側表面的熔接部的熔接寬度的差小，熔接部固化時，平面型熱管全體的扭曲降低。也就是說，本發明的具有溝的平面型熱管具有優良的熔接部的接合強度，且減低了空洞部的變形與全體的扭曲。
根據本發明的態樣，容器的加熱側表面上的熔接部的熔接寬度是10μm以上且300μm以下，藉此更確實地減小容器的加熱側表面的熔接部的熔接寬度與相反側表面的熔接
部的熔接寬度的差。
根據本發明的態樣，容器的加熱側表面上的熔接部的熔接寬度比上容器的加熱側表面的相反側表面上的熔接部的熔接寬度的比例是1：1~1：0.8，藉此更確實減小平面型熱管全體的扭曲。
根據本發明的態樣，容器的雷射照射側表面上的雷射熔接部的凸部側端部至該凸部的端部為至的最短距離是該2片的板狀體的合計厚度以上，雷射照射側表面上的雷射熔接部的熔接寬度是2片的板狀體的合計厚度的1/10以上並且是雷射照射側表面上的雷射熔接部的凸部側端部至凸部的端部為至的最短距離以下，藉此來防止熔接時產生的容器材料的熔融熱傳達到空洞部而造成空洞部變形，又容器的雷射照射側表面的雷射熔接部的熔接寬度與相反側表面的雷射熔接部的熔接寬度的差較小，因此熔接部固化時，平面型熱管全體的扭曲降低。也就是說，本發明的平面型熱管具有優良的雷射熔接部的接合強度，且減低了空洞部的變形與全體的扭曲。
1、20‧‧‧平面型熱管
2‧‧‧容器
3‧‧‧板狀體
4‧‧‧板狀體
5‧‧‧空洞部
6‧‧‧毛細構造體
7‧‧‧周緣部
8‧‧‧雷射熔接部
9‧‧‧雷射光
10‧‧‧周緣部
11‧‧‧凸部
21、21’、21”‧‧‧凹溝
第1圖係顯示本發明第1實施形態的平面型熱管的一部分的側面剖面圖。
第2圖係顯示本發明第2實施形態的平面型熱管的一部分的側面剖面圖。
以下使用圖式說明本發明第1實施形態例的平面
型熱管。如第1圖所示，第1實施形態的平面型熱管1具有由相對的2片板狀體，也就是一板狀體4與另一板狀體3重疊而形成的凸部11(具有空洞部5)於中央的平面觀看呈矩形的容器2、以及封入空洞部5內的工作液(未圖示)。空洞部5內收納有具有毛細管結構的毛細構造體6。
板狀體4是平板狀，另一板狀體3也是平板狀但中央部塑性變形成凸狀。這個板狀體3的向外側突出、塑性變形成凸狀的部位會成為容器2的凸部11。第1圖中，凸部11相對於凸部11的外周部的表面垂直地突出。凸部11的內部成為空洞部5。平面型熱管1會藉由在凸部11的外周部進行雷射熔接來密封空洞部5，使空洞部5具有氣密性。
平面型熱管1中，中央部加工成凸狀的板狀體3的周緣部7，也就是沒有形成凸部11的容器2的周緣部會藉由雷射光9進行熔接而形成雷射熔接部8。藉由雷射熔接部8，板狀體4與板狀體3接合。從雷射照射側表面的雷射熔接部8的凸部11側端部到凸部11的端部(也就是到凸部11的外周部的表面與凸部11的之間的邊界)的最短距離(第1圖的距離c，以下也稱為「距離c」)是板狀體4與板狀體3重疊的厚度(第1圖的厚度a，以下也稱為「厚度a」)以上，雷射熔接部8設置於這個位置。藉此，能夠防止熔接時產生的容器材料的熔融熱傳達到空隙部5，因此減低平面型熱管1的空隙部5的變形。
距離c的下限值等於厚度a，從確實地防止上述熔融熱傳達到空隙部5的觀點來看，距離c的下限值是厚度a的
1.5倍為佳，從確實避免雷射光線9的熔接所產生的殘留應力造成變形的影響的觀點來看，距離c的下限值是厚度a的2.0倍特佳。另一方面，距離c的上限值並沒有特別限定，但從讓平行型熱管1小型化使平行型熱管1也能設置於狹小的空間的觀點來看，距離c的上限值是厚度a的5.0倍為佳，從縮短雷射光9的熔接距離來確實減少殘留應力並使加工高速化的觀點來看，距離c的上限值是厚度a的4.0倍更佳，3.0倍特佳。
要判斷出沒有與雷射熔接部8雷射熔接的部位的邊界，能夠用肉眼觀察雷射熔接部8的表面，或者是能夠觀察雷射熔接部8的剖面。本說明書中，「熔接寬度」是加熱熔接而產生的線狀的軟化變形領域的寬度，指的是用顯微鏡在熔接領域均等劃分的10個位置觀察時的平均值。
雷射照射側表面(第1圖中中央部加工成凸狀的板狀體3側的表面)上的雷射熔接部8的熔接寬度的下限值從考量雷射熔接部8的接合強度的觀點來看是厚度a的1/10為佳，從考量氣體障壁的觀點來看是厚度a的1/5為佳，厚度a的1/4特佳。另一方面，雷射熔接部8的熔接寬度的上限值從藉由縮小容器2的雷射照射側表面(第1圖中的板狀體3側的表面)的雷射熔接部8的熔接寬度與相反側表面(第1圖中的板狀體4側的表面)的雷射熔接部8的熔接寬度的差，來製作減低全體的扭曲的平面型熱管1的觀點來看，是等於雷射熔接部8的凸部11側端部至凸部11的端部的最短距離(也就是距離c)，從也要抑制雷射熔接部8附近些許的扭曲的觀點來看，是距離c的1/2更佳，從平面型熱管1的小型化的觀點來看，
是距離c的1/4特佳。因此，會設定厚度a的尺寸與距離c的尺寸使得雷射熔接部8的位置與熔接寬度在上述範圍內。
容器2的雷射照射側表面上的雷射熔接部8的熔接寬度在上述範圍內的話並沒有特別限定，具體的例子是厚度a為100μm的容器2的情況下，其下限值是10μm，20μm的話叫更佳，25μm的話特佳。另一方面，其上限值例如是500μm，300μm的話為佳，250μm的話更佳，125μm的話特佳。
容器2的雷射照射側表面的雷射熔接部8的熔接寬度與容器2的雷射照射側表面的相反側表面的雷射熔接部8的熔接寬度的比，從製作出減低全體的扭曲的平面型熱管1的觀點來看，是1：1~1：0.80為佳，從也要抑制雷射熔接部8附近些許的扭曲的觀點來看，是1：1~1：0.85更佳，從確實地抑制容器2的雷射照射側表面與其相反面之間產生的殘留應力的差的觀點來看，是1：1~1：0.90特佳。
能夠以上述雷射熔接部8的熔接寬度進行熔接的雷射在容器2的雷射照射側表面的集光徑要小。例如，能夠舉出上述集光徑為20~200μm的雷射。這種雷射例如能夠舉出光纖雷射。
凸部11的厚度(第1圖的厚度b)可以適當的選擇，例如，從平面熱管1的扭曲性與冷卻效率的平衡的觀點來看，是在厚度a的1/2以上且在厚度a以下為佳。又，厚度a可以適當的選擇，例如，從薄型化的觀點來看，在0.05mm以上1.0mm以下為佳，從耐壓性及加工性的觀點來看，0.1mm以上0.8mm以下特佳。
容器2的材料例如能夠舉出銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、不鏽鋼等。又，封入空洞部5內的工作液能夠因應與容器2的材料的合適性來適當選擇，例如能夠舉出水、替代氟氯碳化物、電子冷卻液、環戊烷等。
具有毛細管構造的毛細構造體6例如能夠舉出具有網狀、線狀等的薄板。
接著，使用圖式說明本發明的第2實施形態例的平面型熱管。與本發明的第1實施形態的平面型熱管1相同的構成元件會標示相同的符號來做說明。
如第2圖所示，第2實施形態例的平面型熱管20在凸部11與雷射光線9所熔接的雷射熔接部8之間的領域形成有凹溝21。在第2圖中，雷射照射側表面，也就是中央部加工成凸狀的板狀體3的周緣部7(即凸部11的外周部)形成有1條凹溝21’。又，相對於凹溝21’，對應到平行於容器2的厚度方向的位置的板狀體4的周緣部10形成有凹溝21”。凹溝21’會包圍形成於容器2的中央部的凸部11的外周，凹溝21”會包圍相當於凸部11的位置的中央部的外周。又，凹溝21’與凹溝21”具有相同剖面形狀與相同寬度及深度，凹溝21’的底面部與凹溝21”的底面部相向地形成。
凹溝21’、21”會抑制雷射熔接時產生的容器材料的熔融熱傳到空隙部5，因此更加減低了空隙部5的變形。
凹溝21’、21”的寬度的尺寸在容器2的雷射照射側表面上的雷射熔接部8的熔接寬度以上，但不滿雷射照射側表面的雷射熔接部8的凸部11側端部至凸部11的端部的最短
距離(以下也稱為距離「c’」)。凹溝21’、21”的深度在板狀體4與板狀體3重疊的厚度(第2圖的厚度a，以下野稱為「厚度a」)的1/10以上但在1/3以下，較佳的是在1/6以上但在1/3以下。因此，平面型熱管20的距離c’比雷射照射側表面的雷射熔接部8的熔接寬度還要大。
凹溝21’、21”的寬度在上述範圍內的話並沒有特別限制，但其下限值從確實抑制上述熔融熱傳達到空隙部5的觀點來看，是雷射照射側表面的雷射熔接部8的熔接寬度的1.5倍為佳，是雷射照射側表面的雷射熔接部8的熔接寬度的2.0倍特佳，另一方面，凹溝21’、21”的寬度的上限值，從防止雷射熔接部8的凸部11側端部到達凸部11的端部之間的領域的溫度上升，甚至是防止空洞部5的變形的觀點來看，是距離c’的4/5倍為佳，是距離c’的2/3倍特佳。
凹溝21’、21”的深度在上述範圍內的話並沒有特別限制，但從確實抑制上述熔融熱傳達到空隙部5且確保凸部11外周部的機械強度的觀點來看，在厚度a的1/5以上且1/4以下特佳。
平面型熱管20的雷射熔接部8的熔接寬度與上述第1實施形態例的平面型熱管1相同。具體來說，雷射照射側表面(第2圖中中央部加工成凸狀的板狀體3側的表面)上的雷射熔接部8的熔接寬度的下限值從考量雷射熔接部8的接合強度的觀點來看是厚度a的1/10為佳，從考量氣體障壁的觀點來看是厚度a的1/5為佳，是厚度a的1/4特佳。另一方面，雷射熔接部8的熔接寬度的上限值從藉由縮小容器2的雷射照
射側表面(第2圖中的板狀體3側的表面)的雷射熔接部8的熔接寬度與相反側表面(第2圖中的板狀體4側的表面)的雷射熔接部8的熔接寬度的差，來製作減低全體的扭曲的平面型熱管20的觀點來看等於距離c’為佳，從也要抑制雷射熔接部8附近些許的扭曲的觀點來看是距離c’的3/5更佳，從確實減低殘留應力的觀點來看是距離c’的1/2更佳，從平面型熱管20的小型化的觀點來看，是距離c’的1/4特佳。
平面型熱管20中如上所述，凹溝21’、21”抑制了雷射熔接時產生的熔融熱傳達到空隙部5，因此距離c’能夠比平面型熱管1的距離c還要縮短。
距離c’並沒有特別限定，但其下限值，從使平面型熱管20小型化且防止空隙部5的變形的觀點來看，距離c’的下限值等於厚度a的1/2為佳，從確實防止空隙部5的變形的觀點來看，距離c’的下限值等於厚度a更佳，從確實避免雷射光線9的熔接所產生的殘留應力造成變形的影響的觀點來看，距離c’的下限值等於是厚度a的1.5倍特別佳。另一方面，距離c’的上限值並沒有特別限定，但從讓平行型熱管20小型化使平行型熱管20也能設置於狹小的空間的觀點來看，距離c’的上限值是厚度a的5.0倍為佳，從縮短雷射光9的熔接距離來確實減少殘留應力並使加工高速化的觀點來看，距離c的上限值是厚度a的4.0倍更佳，3.0倍特佳。
在第2實施形態例的平面型熱管20中，會設定雷射熔接部8的位置以及熔接寬度，使得凹溝21’、21”在上述的尺寸範圍內。
接著，說明本發明實施形態例的平面型熱管的使用方法例。在此，舉出使用本發明的平面型熱管來冷卻安裝了電腦等的電子機器內部的CPU等的可撓性印刷電路板的例子來說明。因應於電子機器內部的空隙的狀況與可撓性印刷電路板的收納狀況，適當地扭曲平面型熱管，使可撓性印刷電路板與平面型熱管的入熱側進行熱接觸。平面型熱管的放熱側因應需要會設置散熱器或放熱用鰭片。藉此，能夠面狀地冷卻收容於電子機器內部的狹小空間的可撓性印刷電路板。
接著，說明本發明的其他實施形態例。上述各實施形態例的平面型熱管1、20中，空洞部5內收納有具有毛細管構造的毛細構造體6，但除此之外也可以直接在空洞部5的內壁形成毛細構造。
又，上述各實施形態例的平面型熱管1、20中，中央部加工成凸狀的板狀體3側的表面有雷射光9的照射，但除此之外也可以是中央部沒有加工成凸狀的板狀體4側的表面有雷射光9照射。板狀體4側的表面有雷射光9照射的情況下，設定雷射熔接部8的位置時，凸部11的端部會成為使板狀體3的凸部11的外周部表面與凸部11之間的邊界平行於容器2的厚度方向移動的板狀體4表面上的部位。也就是說，板狀體4上的凸部11的端部會成為對應到板狀體3的凸部11的外周部表面與凸部11的邊界位置的板狀體4表面上的部位。
第2實施形態例的平面型熱管20中，凹溝21’與凹溝21”是同一剖面形狀以及同一寬度與深度，但兩者也可以是不同的剖面形狀及/或不同的寬度與深度。
接著，說明本發明的實施例，本發明只要不超出上述旨趣，並不限定於這些例子。
實施例1
板狀體具有1條寬度0.3mm深度0.05mm的凹溝位於對應到包圍具有空洞部的凸部(高度0.2mm)的部位的位置，將2片板狀體(板厚0.1mm)以內面側彼此重疊。接著以雷射熔接(雷射光的寬度0.02mm)凹溝的外周部，製造實施例1的平面型熱管。做為雷射照射側的加工有凸部的板狀體的凹溝、與非雷射照射側的沒有加工出凸部的板狀體的凹溝，會以相向的板狀體的接觸面為界，形成在相同的位置。又，板狀體的板厚是0.1mm，因此平面型熱管的除了凸部(空洞部)及凹溝以外的厚度是0.2mm。
比較例1
除了將不具有凹溝的板厚0.1mm的板狀體重疊以外，與實施例1同樣地製造出比較例1的平面型熱管。
平面度評測
實施例1的平面型熱管與比較例1的平面型熱管會各自使用雷射變位計(高速.高精度CCD雷射變位計keyence LK-G30、3維手臂：IAI TABLE TOP TT)來測量凸部(空洞部)的高度。測量點是從長邊方向的一端部到另一端部之間的等間隔的7個點、以及短邊方向的一端部到另一端部之間的等間隔的3個點，共21個點。從這21個測量點的座標用最小平方法來算出做為基準的假想平面，以「21個測量點中的到該假想平面的最大高度-21個測量點中的到該假想平面的最小高
度」來計匴出凸部(空洞部)的平面度。
平面度的算出結果如下：實施例1：平面度0.3mm
比較例1：平面度0.5mm
從上述可知，在凸部(空洞部)的外周部具有凹溝的實施例1比起沒有凹溝的比較例1，能夠獲得良好的凸部(空洞部)的平面度，防止凸部(空洞部)的變形。
本發明的平面型熱管會減低具有毛細構造的空隙部的變形以及平面型熱管全體的扭曲，特別是在面狀均一地冷卻做為冷卻對象的發熱體的領域，具有相當高的利用價值。
2‧‧‧容器
3‧‧‧板狀體
4‧‧‧板狀體
5‧‧‧空洞部
6‧‧‧毛細構造體
7‧‧‧周緣部
8‧‧‧雷射熔接部
9‧‧‧雷射光
10‧‧‧周緣部
11‧‧‧凸部
20‧‧‧平面型熱管
21、21’、21”‧‧‧凹溝
Claims (10)
- 一種平面型熱管，包括：容器，由相向的2片板狀體所組成，且中央部形成有具有空洞部的凸部；以及工作液，封入該空洞部，其中該空洞部具有毛細構造，該凸部的外周部會加熱熔接而被密封，該凸部以及被加熱熔接的熔接部之間的該凸部的周圍形成有溝。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該溝的深度是該2片板狀體的合計厚度的1/10以上且1/3以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該溝的寬度是該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度以上，且不滿足該加熱側表面上的該熔接部的凸部側端部至該凸部的端部為止的最短距離。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度是該2片板狀體的合計厚度的1/10以上，並且是該容器的該加熱側表面上的該熔接部的凸部側端部至該凸部的端部為止的最短距離以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該容器的加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度是10μm以上且300μm以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該容器的 加熱側表面上的該熔接部的熔接寬度比上該容器的該加熱側表面的相反側表面上的該熔接部的熔接寬度的比例是1：1~1：0.8。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該凸部的厚度是該2片的板狀體的合計厚度的1/2以上。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該容器的材料是銅、銅合金、鋁、鋁合金、鎳、鎳合金、或者是不鏽鋼。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該2片的板狀體的合計厚度是0.05mm以上且1.0mm以下。
- 如申請專利範圍第1項所述之平面型熱管，其中該加熱熔接是雷射熔接。
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