TW202229802A - 具雙相單向流之超薄型均溫板元件 - Google Patents

Abstract

一種具雙相單向流之超薄型均溫板元件，具有吸熱區及遠端冷凝區。超薄型均溫板元件包含有兩個金屬片材和毛細結構，第一金屬片材具有一第一凹陷表面和M條長條型支撐牆結構。M條長條型支撐牆結構分隔出M+1個溝槽。第二金屬片材疊合於第一金屬片材上，與M+1個溝槽形成M+1個容置空間，容置空間透過吸熱區及遠端冷凝區相互連通。毛細結構形成於均溫板元件內部。P個容置空間之第一區段中填滿毛細結構，Q個容置空間之第二區段中無毛細結構。本發明目的是提升超薄型大尺寸均溫板元件的熱傳導效率，以降低吸熱區與遠端冷凝區之間的溫差值。

Description

具雙相單向流之超薄型均溫板元件

本發明係關於一種新式的薄型均溫板元件，尤其是指一種與一般工作流體具有雙相逆向流之薄型均溫板元件不同，而是其工作流體具有雙相單向流功能的一種超薄型較大尺寸之均溫板元件。

習知微處理器是電子及通訊產品的核心元件，在高速運算下容易產生熱而成為電子裝置的主要發熱元件。如果沒能即時將熱散去，將產生局部性的熱點。倘若沒有良好熱管理方案及散熱系統，往往造成微處理器過熱而無法發揮出應有的功能，甚至影響到整個電子裝置系統的壽命及可靠度。目前，電子及通訊產品處理熱點的解熱及導熱的有效方式，是將均溫板的吸熱端接觸該電子裝置之微處理器。微處理器所產生的高熱被傳導並分佈至機殼，將熱輻射至空氣中。

均溫板元件是一種扁平狀之真空密閉腔體。密閉腔體內壁上鋪設有毛細結構並容置有工作流體。均溫板之工作原理係當均溫板吸熱區與熱源接觸時，在吸熱區毛細結構中的液相工作流體吸收熱能，從液相轉變為氣相。由於元件內壓力差，氣相工作流體藉由腔體中的氣道向遠端冷凝區快速流動。當氣相工作流體流至遠離熱源之冷凝區時釋放潛熱，從氣 相工作流體轉變為液相工作流體而進入毛細結構中。接著，液相工作流體藉由腔體中連續性毛細結構之毛細力，輸送回流至吸熱區，形成液氣相之流動循環。均溫板元件藉由上述之工作流體的相變及循環達到快速傳導熱能之目的，並使微處理器降溫及散熱。此種工作流體的雙相逆向流循環模式在元件厚度大於0.3mm且元件內部容置空間及氣道較為充足的一般型均溫板元件，可以運作得很好。

隨著5G移動通訊設備的普及，追求產品輕薄之設計已成為一種趨勢，對於均溫板元件的厚度要求亦趨嚴格。一般元件厚度小於1mm通稱為超薄均溫板，而目前市場上能夠量產的超薄均溫板元件厚度都在0.3mm以上。一旦元件厚度低於0.3mm，尺寸長度超過60mm，且元件面積大於2000mm²後，由於元件內部容置空間狹窄，大大限制了毛細結構厚度，也壓縮了由吸熱區通往遠端冷凝區的氣道空間。

超薄均溫板的設計在結構上一般為平均地在其腔體內表面鋪置並形成毛細結構，讓液相工作流體依賴毛細結構之毛細力來輸送。同時在毛細結構的上方留有一定間隙空間讓氣相工作流體在其間流動。當均溫板元件厚度小於1mm時，由於內部容置空間有限，毛細結構的厚度要求亦相對的要薄，因此毛細結構的舖置成型就很難用燒結金屬粉末的工藝來製作。舖置銅網或泡沫銅片成為製作毛細結構的主流方式。但是，一旦超薄均溫板元件厚度小於0.3mm時，毛細結構的厚度設計僅僅能有幾十微米，舖置銅網或泡沫銅片來製作毛細結構亦面臨了製作工藝上的瓶頸。因此，印刷漿料燒結微細粉末形成超薄毛細厚度的多孔隙毛細結構，成了新的工藝選擇。

一般超薄均溫板內之工作流體循環為雙相逆向流，也就是液相工作流體在毛細結構內流動的方向與氣相工作流體在氣道空間內的流動方向是相反的。氣相工作流體由吸熱區流向冷凝區，液相工作流體則由冷凝區逆向流回吸熱區以完成循環，兩者流動方向恰好相反。隨著氣道空間的變窄、氣道長度的變長、氣體與毛細結構表面的液相流產生的逆向摩擦力增大，均溫板的攜帶極限值就變得更小，液相工作流體回流吸熱區的量將會受到攜帶極限的限制。另外，氣相工作流體因為摩擦力增大，而提前冷凝成液相工作流體而進入毛細結構，又逆向回流至吸熱區，導致吸熱區的熱量較難傳導至遠離吸熱區的冷凝區域，造成均溫板元件吸熱區及遠端冷凝區之間的溫差值過大。

就目前而言，雙相逆向流是被實際應用於超薄均溫板元件的技術，而且目前業界能正式量產的超薄均溫板元件厚度皆不低於0.3mm。然而，在5G時代的趨勢下，移動電子產品熱源功率加大，升溫速度更快，電子元件更輕薄，既有的超薄均溫板元件的結構及設計概念，已經無法符合未來應用上的各種需求。超薄均溫板元件厚度越薄，毛細結構厚度及氣道空間高度就越薄，若面對相同的熱源，所需的元件的面積就會越大；元件的面積越大，吸熱區與冷凝區的距離就越長。為了解決厚度在0.3mm以下且面積又大的超薄均溫板元件中液相氣相的循環問題，除了要克服超薄毛細結構的毛細極限外，同時還需克服因雙相逆向流在狹窄空間的攜帶極限問題。

請參見圖1之習知技術中的習知均溫板元件結構P。熱源H在左端，當習知均溫板元件結構P非常輕薄狹長時，氣相工作流體PG在狹窄的 氣道P2中流動會不斷與毛細結構P1摩擦，而冷凝成液相工作流體PL，進而被滯留。因此，潛熱也只被帶到均溫板元件中段區，就被液相工作流體PL帶回到吸熱端。毛細結構表面液相工作流體流向吸熱端時與氣相工作流體方向相反，產生摩擦而降低了液相工流體往吸熱區的攜帶極限。利用實驗舉例說明，若吸熱區均溫板表面的溫度T1為55度，中段區的溫度T2為50度，右端的溫度T3僅為40度，溫差△T13相差15度。而一般均溫板元件要求溫差△T13要控制在5度以內。這表示熱能累積在左端到中間，並沒有被輸送到右端，而均溫板並沒有達到均溫的功能。這種問題在超薄均溫板元件厚度越薄，元件面積越大，T1-T3距離越遠時將越加的明顯。這會使得移動電子装置系統商在對整個系統做熱管理設計時，對於厚度小於0.3mm的超薄均溫板元件的尺寸大小、形狀設計存在著一些限制條件。

如果熱能只在習知均溫板結構P的吸熱端和中段區間循環，而不能到達右端，右端的工作流體也缺乏對流。工作流體沒有足夠長的循環距離，也就沒辦法發揮習知均溫板結構P最大的解熱及導熱效益。

因此，如何讓工作流體在超薄均溫板元件，尤其是厚度小於0.3mm，尺寸長度大於60mm，面積大於2000mm²的超薄均溫板元件中快速且完整循環，達到理想的導熱與解熱功能，是5G時代製作超薄均溫板急需要解決之課題。

有鑑於此，本發明主要的目的是要解決大尺寸超薄型均溫板中，由於工作流體雙相逆向流的攜帶極限值過低造成元件吸熱區和遠端冷凝區之間溫差過大的問題，以使得高功率超薄大尺寸的均溫板元件的製作 及應用得以實現。本發明利用大面積超薄均溫板元件內部毛細結構的配置形成方式以及液氣兩相工作流體的流道設計，來改變目前一般均溫板元件內工作流體的雙相逆向流循環模式，而形成工作流體的雙相單向流的循環型態。進而，使工作流體在超薄均溫板中在吸熱區及遠端冷凝區之間呈現良好的氣液雙相循環，以解決攜帶極限造成元件溫差過大之問題，並解決單一個吸熱區複數個遠端冷凝區以及複數個吸熱區複數個遠端冷凝區的元件均溫性問題。

本發明提供一種具雙相單向流之超薄型均溫板元件，包含有一第一金屬片材、一第二金屬片材、一毛細結構和一工作流體。第一金屬片材具有一第一凹陷表面、M個第一長條型支撐牆、M+1個第一溝槽結構。第一凹陷表面分為吸熱區、至少一遠端冷凝區和中段區，M個第一長條型支撐牆設置於中段區且分隔出M+1個第一溝槽結構。第二金屬片材具有一第二表面，疊合於第一金屬片材之第一凹陷表面上。M+1個第一溝槽結構和第二表面之間形成M+1個容置空間。M+1個容置空間藉由吸熱區和遠端冷凝區相互連通。M+1個容置空間進一步包含有具有一第一區段的P個第一容置空間以及具有一第二區段的Q個第二容置空間。其中，P、Q、M皆為自然數，P和Q皆≧1，M≧2，P+Q≦M+1。毛細結構連續性地形成於吸熱區、遠端冷凝區和第一容置空間。毛細結構佔據第一區段之空間，且毛細結構不形成於第二區段。工作流體設置於超薄型均溫板元件之內，根據環境不同在一氣相工作流體和一液相工作流體之間相變轉換。其中，當吸熱區被加熱時，氣相工作流體自吸熱區沿著第二容置空間朝向遠端冷凝區流動，液相工作流體自遠端冷凝區沿著第一容置空間朝向吸熱區流動。

其中，第一區段位於第一容置空間中貼近吸熱區之處，第二區段位於第二容置空間中貼近吸熱區之處。進一步地，第二區段可覆有一疏水性塗層。

其中，超薄型均溫板元件尺寸之最長長度不小於60mm，超薄型均溫板元件之總厚度不大於0.3mm，超薄型均溫板元件面積不小於2000mm²，第二容置空間之第二區段之長度不小於1.0mm。

進一步地，本發明中毛細結構進一步可區分為第一毛細結構和第二毛細結構，第一毛細結構設置於吸熱區，第二毛細結構設置於遠端冷凝區及中段區，且第一毛細結構之孔隙率大於第二毛細結構。

第二表面進一步是一第二凹陷表面，具有M個第二長條型支撐牆和M+1個第二溝槽結構，該等第二長條型支撐牆對應於該等第一長條型支撐牆，並分隔出該等第二溝槽結構，該等第一溝槽結構和該等第二溝槽結構疊合形成該M+1個容置空間。

進一步地，毛細結構之佔據空間比例自第二區段經遠端冷凝區至第一區段呈梯度上升。

毛細結構係為粉末燒結之一金屬多孔隙毛細結構，金屬多孔隙毛細結構包含有複數個鏈狀銅構件和複數個類球狀銅構件，鏈狀銅構件相互連結，類球狀銅構件散佈於鏈狀銅構件之間，且類球狀銅構件的平均直徑大於鏈狀銅構件的平均直徑。

本發明中，金屬多孔隙毛細結構為一漿料經印刷工藝、烘乾工藝、裂解工藝和燒結工藝所製成，漿料包含有一聚合物膠體、複數個金屬銅顆粒和複數個銅氧化物顆粒。

本發明主要的目的是提升超薄型較大尺寸均溫板元件的熱傳導效率以降低該元件吸熱區與遠端冷凝區之間的溫差值。尤其是適用於元件厚度不大於0.3mm且尺寸長度不小於60mm、面積不小於2000mm²、形狀不規則的超薄型均溫板元件。由於元件內部容置空間及氣道過於狹窄，且吸熱區至遠端冷凝區之間距離過長；又因毛細極限及攜帶極限的限制，而造成工作流體傳導效率不足。兩者限制共同造成吸熱區與冷凝區之間的溫差值過大，熱能無法有效傳導。

而本發明之設計提供之雙相單向流之薄型均溫板元件，在中段區由M條長條型支撐牆隔出M+1條長條型容置空間。藉由填滿第一容置空間中第一區段的毛細結構來阻擋氣相工作流體經第一容置空間向遠端冷凝區流動，氣相工作流體集中通往第二容置空間流動而流向遠端的冷凝區。藉由沒有舖置及形成毛細結構的第二區段斷開了吸熱區的毛細結構與冷凝區毛細結構在第二容置空間中的連通，阻止了冷凝後的液相工作流體藉由第二容置空間中的毛細結構逆向回流至吸熱區，而只能與氣相工作流體一樣順向的藉由遠端冷凝區及第一容置空間的連續性毛細結構流向吸熱區，以完成整個液氣相的循環。

S:超薄型均溫板元件

1:第一金屬片材

2:第二金屬片材

3:毛細結構

10:第一凹陷表面

11:第一溝槽結構

15:第一長條型支撐牆

17:支撐柱

20:第二表面

22:第二溝槽結構

25:第二長條型支撐牆

31:第一毛細結構

32:第二毛細結構

37:鏈狀銅構件

38:類球狀銅構件

51:第一容置空間

52:第二容置空間

101:吸熱區

102:遠端冷凝區

105:中段區

510:第一區段

520:第二區段

D1、D3:長度

D2:厚度

H:熱源

P:習知均溫板結構

P1:毛細結構

P2:氣道

PL:液相工作流體

PG:氣相工作流體

SL:液相工作流體

SG:氣相工作流體

T1~T6:溫度

圖1習知技術中的均溫板元件結構及工作流體循環模式；

圖2繪示本發明一具體實施例中第一金屬片材和第二金屬片材之示意圖；

圖3A繪示本發明一具體實施例中超薄型均溫板元件之俯瞰示意圖；

圖3B繪示圖3A之實施例中氣相工作流體和液相工作流體之流動示意圖；

圖4A繪示圖3B之實施例中沿AA切線之第一容置空間之剖面圖；

圖4B繪示圖3B之實施例中沿BB切線之第二容置空間之剖面圖；

圖5繪示本發明另一具體實施例中超薄型均溫板元件之俯瞰示意圖；

圖6A繪示本發明另一具體實施例之第一容置空間之剖面圖；

圖6B繪示圖6A實施例之第二容置空間之剖面圖；

圖7繪示本發明一具體實施例中毛細結構之示意圖；

圖8繪示本發明一具體實施例中第一毛細結構和第二毛細結構之示意圖；

圖9A繪示本發明另一具體實施例之第一容置空間之剖面圖；

圖9B繪示圖9A實施例之第二容置空間之剖面圖。

為了讓本發明的優點，精神與特徵可以更容易且明確地瞭解，後續將以具體實施例並參照所附圖式進行詳述與討論。需注意的是，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，圖中垂直方向、水準方向和各元件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2至圖4。圖2繪示本發明一具體實施例中第一金屬片材和第二金屬片材之示意圖；圖3A繪示超薄型均溫板元件之俯瞰示意圖；圖3B繪示圖3A之實施例中氣相工作流體和液相工作流體之流動示意圖；圖4A繪示圖3B之實施例中沿AA切線之剖面圖；圖4B繪示圖3B之實施例中沿BB切線之剖面圖。圖4A和圖4B中繪示的虛線代表容置空間的範圍。

一種具雙相單向流之超薄型均溫板元件S，包含有一第一金 屬片材1、一第二金屬片材2、一毛細結構3和一工作流體(圖未示)。第一金屬片材1具有一第一凹陷表面10、M個第一長條型支撐牆15、M+1個第一溝槽結構11，M≧2。第一凹陷表面分為吸熱區101、至少一遠端冷凝區102和中段區105，M個第一長條型支撐牆15設置於中段區105且分隔出M+1個第一溝槽結構11。第二金屬片材2具有一第二表面20，疊合於第一金屬片材1之第一凹陷表面10上。M+1個第一溝槽結構11和第二表面20之間形成M+1個容置空間5。M+1個容置空間5藉由吸熱區101和遠端冷凝區102相互連通。M+1個容置空間5進一步包含有具有一第一區段510的P個第一容置空間51以及具有一第二區段520的Q個第二容置空間52。其中，P、Q、M皆為自然數，P和Q皆≧1。

毛細結構3連續性地形成於吸熱區101、遠端冷凝區102和第一容置空間51。毛細結構3佔據第一區段510之空間，且毛細結構3不形成於第二區段520。工作流體設置於超薄型均溫板元件S之內，根據環境不同在一氣相工作流體SG和一液相工作流體SL之間相變轉換；基本上是溫度高時相變成氣相工作流體SG，溫度低時相變成液相工作流體SL。其中，當吸熱區101被加熱時，氣相工作流體SG自吸熱區101沿著第二容置空間52朝向遠端冷凝區102流動，液相工作流體SL自遠端冷凝區102沿著第一容置空間51朝向吸熱區101流動。

吸熱區101為熱源H所對應的區段，通常吸熱區101較熱源H更略大，也就是吸熱區101之俯瞰面積大於熱源H之俯瞰面積。所謂毛細結構3之佔據空間，係指將毛細結構3內部之孔隙也視作為毛細結構3之一部份，因此毛細結構3外表面之長寬高相乘即為毛細結構3佔據空間。本說明 書中，除了圖7及圖8，毛細結構3在圖中以點狀區域呈現。第一溝槽結構11中無點的空白區域為第二容置空間52的第二區段520，較密的點區為第一容置空間51的第一區段510。

第一容置空間51和第二容置空間52原則上是被第二表面20、第一凹陷表面10(或/和其上的毛細結構3)、第一長條型支撐牆15所包圍成長條型的空間。第一容置空間51和第二容置空間兩端連通吸熱區101和遠端冷凝區102，而第一區段510和第二區段520則是長條型空間中的橫切段落。在若干實施例中，第一容置空間51和第二容置空間分別約略等於其所在之第一溝槽結構11所占空間。

第一長條型支撐牆15可以是蝕刻第一金屬片材1而形成，或可為含有金屬的漿料經高溫燒結而成的緻密性牆體。第一長條型支撐牆15可限制工作流體在相鄰兩容置空間之間穿越。被毛細結構3佔滿的第一區段510，其毛細結構3的孔隙中會大致充滿液相工作流體SL，因此也會限制吸熱區氣相工作流體SG的穿越；不鋪設毛細結構3的第二區段520，因為沒有毛細結構3帶動液相工作流體SL流動，遠端冷凝區102的液相工作流體SL不會經第二區段520回流到吸熱區101。

第一長條型支撐牆15設置的位置定義了中段區105至少一邊的界線。第一長條型支撐牆15也隔絕了不同第一容置空間51和第二容置空間52的直接連通，使第一容置空間51和第二容置空間52必須仰賴吸熱區101和遠端冷凝區102連通。在圖4及之後的剖面圖視角中，會看到第一長條型支撐牆15位置落在毛細結構3之後方，長條型支撐牆在圖中以白色區域呈現。

M個第一長條型支撐牆15隔出M+1個第一溝槽結構11，而吸熱區101、M+1個第一溝槽結構11、遠端冷凝區102形成一個多重環繞路線的腔體。藉由幾乎填滿第一區段510的毛細結構3，阻擋吸熱區101毛細結構3中液相工作流體SL沸騰時產生的氣相工作流體SG通過第一容置空間51，而集中地通往第二容置空間52朝遠端冷凝區102流動。藉由幾乎沒有毛細結構3的第二區段520，吸熱區101的氣相工作流體SG較無阻礙的從第二容置空間52通往遠端冷凝區102。在遠端冷凝區102凝結的液相工作流體SL，則因為第二區段520幾乎沒有毛細結構3，缺乏毛細途徑而難以流通過第二容置空間52至吸熱區101，而是集中從第一容置空間51的毛細結構3中回流至吸熱區101。液相工作流體SL從遠端冷凝區102經過第一容置空間51到達吸熱區101；而氣相工作流體SG從吸熱區101，依序經過第二容置空間52和遠端冷凝區102到達第一容置空間51，逐漸冷凝。因此，液相工作流體SL和氣相工作流體SG的流動起始點不同，但流動方向相同。此外，吸熱區101到遠端冷凝區102的對流方向形成後，有助於帶動工作流體對流速度，進一步減少紊流，再次提升導熱效率。

在具體實施例中，由於P個第一容置空間51及Q個第二容置空間52在複數個遠端冷凝區102是相互連通的，毛細結構3中的液相工作流體SL會因毛細壓差而自行選擇回流至吸熱區101的第一容置空間51通道。

另外，藉由改變第二容置空間52中沒有形成毛細結構3的第二區段520的長度D1，來調節氣相工作流體SG的冷凝位置，以達到優化元件各區的均溫目的。

本發明中，第一區段510的目的是為了阻擋氣相工作流體SG 流通，能夠一定程度阻擋路徑的區域即可稱為第一區段510，通常是第一容置空間51中最靠近吸熱區101之區域。第二區段520的目的是為了截斷毛細結構，使液相工作流體SL無法從第二容置空間52流向吸熱區101，第二容置空間52與吸熱區101中間間隔的區域即可稱為第二區段520，通常是第二容置空間52中最靠近吸熱區101之區域。第一區段510位於第一容置空間51中貼近吸熱101區之處，第二區段520位於第二容置空間52中貼近吸熱區101之處。第一區段510和第二區段520的邊緣越接近吸熱區，越可以將單向循環最大化。

於具體實施例中，毛細結構3填滿第一區段510的空間，或大致填滿第一區段510的空間。第一區段510中毛細結構3之佔據空間比例越高，形成單向流工作流體的效果越好。第二區段520中沒有任何毛細結構3，或僅形成非常薄的一層毛細結構。第二區段520中毛細結構3之佔據空間比例越低，形成單向流工作流體的效果越好。在最理想的狀況下，第一容置空間51之第一區段510中，毛細結構3之佔據空間比例為100%；第二容置空間52之第二區段520中，毛細結構3之佔據空間比例為0%。此時，形成單向流工作流體的效果最佳。基於實務上毛細結構3之佔據空間比例不易達到0%或100%，在一較佳的實施例中，第一容置空間51之第一區段510中，毛細結構3之佔據空間比例大於90%，稱為填滿毛細結構3；第二容置空間52之第二區段520中，毛細結構3之佔據空間比例小於10%，稱為不形成毛細結構3。

為了使第二容置空間52內之液相工作流體不要流回吸熱區101，第二容置空間52之第二區段520之長度D1大於1.0mm，更能有效截斷或降低毛細現象。不同的第二容置空間52中的第二區段520的長度D1可以有 不同長度，用以調節不同容置空間52中氣相工作流體冷凝為液相工作流體進入毛細結構3中的位置，進而調節均溫板上不同點位置的溫度。且當第二區段520中覆有一疏水性塗層時，可使氣相工作流體SG更不易在第二區段520的金屬片材表面凝結，而降低液相工作流體SL流動，或減少液相工作流體進入毛細結構3中進行循環。

於圖3A之實施例中，M=4，P=2，Q=3。也就是超薄型均溫板元件S具有4個第一長條型支撐牆15，5個第一溝槽結構11，兩個第一容置空間51和3個第二容置空間52。P和Q數量可以不同，形成多重流道路線使超薄型均溫板元件S的形狀設計上具有更多的彈性。原則上P+Q≦M+1，也就是第一長條型支撐牆15的數量決定了P+Q的上限數量。

請參閱圖5。圖5繪示本發明另一具體實施例中超薄型均溫板元件之俯瞰示意圖。未特別繪出或描述的元件，其功能與結構與前述實施例大致相同，並依據本實施例做合理的調整。圖5實施例中，M=10，P=5，Q=6。圖5中有兩個遠端冷凝區102，連通同一個吸熱區101。較密佈的第一長條型支撐牆15使得超薄型均溫板元件S有較好的支撐力，並且較有效的限制了毛細方向。11個第一溝槽結構11依序排列，其中最左邊四個和最右邊兩個第一溝槽結構11含有第二區段520，中間五個第一溝槽結構11含有第一區段510。此方式可以使吸熱區101的氣相工作流體平均的自兩側的第二容置空間52導向兩個遠端冷凝區102，液相工作流體再由中間的第一容置空間51流回吸熱區101。此結構設計使超薄型均溫板元件作用時，形成兩個大範圍的工作流體循環路線。

於其他實施例中，在吸熱區與冷凝區之間，還可以有R個一 般性的第一溝槽結構11，鋪設20%~80%的毛細結構3厚度。此時P+Q<M+1。R個一般性的第一溝槽結構11與第二金屬片材2形成R個容置空間，其液相工作流體與氣相工作流體是以雙相逆向流的模式循環。當吸熱區與冷凝區之間距離較短時，毛細極限及攜帶極限影響循環的程度不大，對溫差影響也不大。

在一具體實施例中，對於超大面積不規則狀的超薄均溫板元件而言，本發明的毛細結構3及工作流體的氣相及液相的流道設計能具有非常彈性的設計。可以是雙相單向流的工作流體循環模式，亦可以是同時具有雙相單向流及雙相逆向流的工作流體循環模式。

請參閱圖6。圖6A繪示本發明另一具體實施例之第一容置空間之剖面圖；圖6B繪示圖6A實施例之第二容置空間之剖面圖。除了第一區段510和第二區段520，第一凹陷表面10之吸熱區101、遠端冷凝區102、第一容置空間51的其餘部分和第二容置空間52的其餘部分，毛細結構3之佔據空間比例介於20%~80之間。且這些區域中毛細結構3之佔據空間比例自第二區段520經遠端冷凝區102至第一區段510呈梯度上升，例如0.01%、20%、50%、80%、99.99。氣相工作流體順向遇到梯度上升之毛細結構3，可以逐漸的提升毛細結構3對氣相工作流體的捕捉程度，增加冷凝效果，並且逐漸提升了蓄水量和液體傳遞能力。

請再參閱圖4B。超薄型均溫板元件S厚度D2原則上不大於0.3mm，厚度D2起算自第一金屬片材1之外表面至第二金屬片材2之外表面。超薄型均溫板元件S之最遠兩點的距離長度D3大於60mm，嚴格來說最遠距離長度D3應接近連接超薄型均溫板元件S之吸熱區101與遠端冷凝區 102之最遠兩端直線距離，圖4B僅為示意。在上述的長度與厚度比尺寸限制下，既有技術與結構尚無法做出良好運作的薄型均溫板，唯有本發明提供的超薄型均溫板元件S可以達成全元件的流體循環。以實驗舉例來說，吸熱區101的溫度T4為52度C，中段區的溫度T5為50度C，右端的溫度T6為48度C，溫差△T46相差4度C。吸熱區與遠端冷凝區之間的溫差僅為4度C，達到一般應用上溫差小於5度C的要求。這表示熱能有效被傳導至另一端，自然能有效解熱散熱。

請參閱圖7和圖8。圖7繪示本發明一具體實施例中毛細結構之示意圖；圖8繪示本發明一具體實施例中第一毛細結構和第二毛細結構之示意圖。毛細結構3係為粉末燒結之一金屬多孔隙毛細結構，金屬多孔隙毛細結構包含有複數個鏈狀銅構件37和複數個類球狀銅構件38，鏈狀銅構件37相互連結，類球狀銅構件38散佈於鏈狀銅構件37之間，且類球狀銅構件38的平均直徑大於鏈狀銅構件37的平均直徑。於一具體實施例中，金屬多孔隙毛細結構為一漿料經印刷工藝、烘乾工藝、裂解工藝和燒結工藝所製成，漿料包含有一聚合物膠體、複數個金屬銅顆粒和複數個銅氧化物顆粒。

於一實施例中，金屬銅粉末之平均粒徑D50約為10um~15um，銅氧化物粉末之平均例徑約為0.5um~5um，尤其可以是八角形晶體的氧化亞銅粉末。漿料經烘乾後去除溶劑形成一固化物，聚合物附著於金屬銅粉末和銅氧化物粉末之間。固化物經裂解後聚合物氣化，在金屬銅粉末和銅氧化物粉末之間留下孔洞。再於氮氫混合氣氛下燒結後，金屬銅粉末形成球狀銅構件38，銅氧化物粉末則拉伸並還原成鏈狀銅構件37，由於銅氧化物粉末較小，還原後比金屬銅粉末更易燒結，並藉由球狀銅構件38 之間的間隙流動，使鏈狀銅構件37和球狀銅構件38彼此交錯的燒結。

請參閱圖5、圖7和圖8。毛細結構3進一步分為第一毛細結構31和第二毛細結構32，兩者為連續性結構。第一毛細結構31設置於吸熱區101，第二毛細結構32設置於遠端冷凝區102及中段區105，或稱吸熱區101以外之位置。第一毛細結構31之孔隙率大於第二毛細結構32；第一毛細結構31之孔徑大於第二毛細結構32之孔徑；第一毛細結構31中的球狀銅構件38之平均粒徑大於第二毛細結構32中的球狀銅構件38之平均粒徑。

第一毛細結構31之平均粒徑大有利於液相工作流體沸騰時受到較少熱阻，蒸發成氣相工作流體的速度較快；相對來說，第二毛細結構32之平均粒徑小則有利於提升毛細力，使液相工作流體的流動速度加快。因此，第一毛細結構31設置於吸熱區較有助於液相轉成氣相工作流體，第二毛細結構32設置於其他部分有助於液相工作流體流動，尤其設置在第一區段510處時可阻擋氣相工作流體通過。

請參閱圖9A和圖9B。圖9A和圖9B繪示本發明另一具體實施例之第一容置空間和第二容置空間之剖面圖。為清楚示意，第一金屬片材1和第二金屬片材2並未完全接合。第二表面20進一步是一第二凹陷表面，具有M個第二長條型支撐牆25和M+1個第二溝槽結構22，該等第二長條型支撐牆25對應於該等第一長條型支撐牆15，並分隔出該等第二溝槽結構22，該等第一溝槽結構11和該等第二溝槽結構22疊合形成該M+1個容置空間。

於一具體實施例中，圖4A的第一金屬片材1需經過兩次的漿料舖置才能形成突起的毛細結構3，亦可直接貼合一片厚度與容置空間厚度D2大約一致的毛細結構3形成氣相工作流體的阻絕。圖9A或圖9B的結構 中，對應的做法是第一金屬片材1或第二金屬片材1各進行一次漿料舖置再燒結，就能形成具有阻擋性的第一區段510之毛細結構3，可改變工序作法，節省第一次舖置漿料後等待固化的時間。

此外，本發明中除了第一長條型支撐牆15作為主結構牆體，還可以有次級支撐牆(圖未示)作為輔助結構牆體，以及可以有支撐柱17作為不影響流體方向的局部補強。於一具體實施例中，第一長條型支撐牆15為一連續性之長條型結構，亦可為中間具有狹小縫隙之複數個結構所組成之狀似長條型結構。此處所述之縫隙狭小，是以可忽略工作流體在相鄰容置空間中之滲透效應為基準。

本發明主要的目的是提升超薄型較大尺寸均溫板元件的熱傳導效率以降低該元件吸熱區與遠端冷凝區之間的溫差值。尤其是適用於元件厚度不大於0.3mm且尺寸長度不小於60mm、面積不小於2000mm²、形狀不規則的超薄型均溫板元件。由於元件內部容置空間及氣道過於狹窄，且吸熱區至遠端冷凝區之間距離過長；又因毛細極限及攜帶極限的限制，而造成工作流體傳導效率不足。兩者限制共同造成吸熱區與冷凝區之間的溫差值過大，熱能無法有效傳導。

而本發明之設計提供之具有雙相單向流之薄型均溫板元件，在中段區由M條長條型支撐牆隔出M+1條長條型容置空間。藉由填滿P個第一容置空間中第一區段的毛細結構來阻擋氣相工作流體經P個第一容置空間向遠端冷凝區流動，氣相工作流體集中通往Q個第二容置空間流動而流向遠端的冷凝區。藉由沒有舖置及形成毛細結構的第二區段斷開了吸熱區的毛細結構與冷凝區毛細結構在Q個第二容置空間中的連通，阻止了冷凝 後的液相工作流體藉由Q個第二容置空間中的毛細結構逆向回流至吸熱區，而只能與氣相工作流體一樣順向的藉由遠端冷凝區及P個第一容置空間的連續性毛細結構流向吸熱區，以完成整個液氣相的循環。

同時，可藉由在Q個第二容置空間中的第二區段長度的不同設計來調節氣相工作流體冷凝進入毛細結構的位置，進一步調節均溫板之溫度分佈。另外，由於遠端冷凝區、P個第一容置空間與Q個第二容置空間相互連通，由Q個第二容置空間匯流過來在遠端冷凝區的液相工作流體可依毛細壓力差選擇P個第一容置空間中任一流道藉由毛細結構輸送回吸熱區而形成液氣相循環。

相較於習知超薄均溫板技術中皆使用雙相逆向流的工作流體循環模式，應用本發明設計在厚度不大於1.0mm、長度超過50mm、面積大於1000mm²之均溫板元件時，即可出現一定程度的導熱及均熱效率之提升。當習知技術和本發明都應用於厚度不大於0.3mm、長度超過60mm、面積大於2000mm²的超薄型均溫板元件時，本發明的導熱及均熱效率更顯著地增加，大幅減少了吸熱區及遠端冷凝區兩端的溫差。是以，本發明有著極佳的導熱及均溫功效。

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。

S:超薄型均溫板元件

1:第一金屬片材

10:第一凹陷表面

11:第一溝槽結構

15:第一長條型支撐牆

17:支撐柱

31:毛細結構

32:毛細結構

51:第一容置空間

52.第二容置空間

101:吸熱區

102:遠端冷凝區

105:中段區

510:第一區段

520:第二區段

Claims (10)

1. 一種具雙相單向流之超薄型均溫板元件，包含有：

   一第一金屬片材，具有一第一凹陷表面、M個第一長條型支撐牆、M+1個第一溝槽結構，該第一凹陷表面分為一吸熱區、至少一遠端冷凝區和一中段區，該M個第一長條型支撐牆設置於該中段區且分隔出該M+1個第一溝槽結構；

   一第二金屬片材，具有一第二表面，疊合於該第一金屬片材之該第一凹陷表面上，該M+1個第一溝槽結構和該第二表面之間形成M+1個容置空間，該M+1個容置空間藉由該吸熱區和該遠端冷凝區相互連通，該M+1個容置空間進一步包含有：

   P個第一容置空間，具有一第一區段；以及

   Q個第二容置空間，具有一第二區段；

   其中，P、Q、M皆為自然數，P和Q皆≧1，M≧2；

   一毛細結構，連續性地形成於該吸熱區、該遠端冷凝區和該第一容置空間，該毛細結構佔據該第一區段之空間，且該毛細結構不形成於該第二區段；以及

   一工作流體，設置於該超薄型均溫板元件之內，根據環境不同在一氣相工作流體和一液相工作流體之間相變轉換；

   其中，當該吸熱區被加熱時，該氣相工作流體自該吸熱區沿著該等第二容置空間朝向該遠端冷凝區流動，該液相工作流體自該遠端冷凝區沿著該等第一容置空間朝向該吸熱區流動。
2. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該第一區段位於 該第一容置空間中貼近該吸熱區之處，該第二區段位於該第二容置空間中貼近該吸熱區之處，且P+Q≦M+1。
3. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該超薄型均溫板元件之最遠兩點之距離不小於60mm，該超薄型均溫板元件之總厚度不大於0.3mm，該超薄型均溫板元件之面積不小於2000mm²。
4. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該第二容置空間之該第二區段之長度不小於1.0mm。
5. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該毛細結構進一步分為一第一毛細結構和一第二毛細結構，該第一毛細結構設置於該吸熱區，且該第一毛細結構之孔隙率大於該第二毛細結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該第二表面進一步是一第二凹陷表面，具有M個第二長條型支撐牆和M+1個第二溝槽結構，該等第二長條型支撐牆對應於該等第一長條型支撐牆，並分隔出該等第二溝槽結構，該等第一溝槽結構和該等第二溝槽結構疊合形成該M+1個容置空間。
7. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該第二區段覆有一疏水性塗層。
8. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該毛細結構之佔據空間比例自該第二區段經該遠端冷凝區至該第一區段呈梯度上升。
9. 如申請專利範圍第1項所述之超薄型均溫板元件，其中該毛細結構係為粉末燒結之一金屬多孔隙毛細結構，該金屬多孔隙毛細結構包含有複數個鏈狀銅構件和複數個類球狀銅構件，該等鏈狀銅構件相互連結，該等 類球狀銅構件散佈於該等鏈狀銅構件之間，且該等類球狀銅構件的平均直徑大於該等鏈狀銅構件的平均直徑。
10. 如申請專利範圍第9項所述之超薄型均溫板元件，其中該金屬多孔隙毛細結構為一漿料經印刷工藝、烘乾工藝、裂解工藝和燒結工藝所製成，該漿料包含有一聚合物膠體、複數個金屬銅顆粒和複數個銅氧化物顆粒。

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