TWI426859B - 散熱模組、均溫元件及均溫元件之製造方法 - Google Patents

Description

散熱模組、均溫元件及均溫元件之製造方法

本發明係關於一種散熱模組，特別是一種具有毛細結構的導流元件設置於中空腔體內部之散熱模組。

隨著科技發達，電子元件單位面積上的電晶體數量越來越多，造成其使用時發熱量的增加。而由於熱管(heat pipe)是一種簡單卻極有效的散熱裝置，因此已被廣泛地應用於各種電子散熱產品的需要上。其工作原理是藉由工作流體氣、液兩相間相變化的潛熱來傳遞能量，在蒸發段(vaporization section)，工作流體藉蒸發潛熱自熱源帶走大量熱能並在冷凝段(condensation section)凝結成液體並釋放熱能，而工作流體靠毛細結構(wick)提供的毛細力流回至蒸發段再進行相變化的循環，持續地將熱能從熱源傳輸至遠處散出。

均溫板屬於熱管的一種，由於傳統上的均溫板主要是利用上下兩平板焊接在一起，不僅焊接路徑長且焊接可靠度低，更導致上下板的毛細結構無法連續，只能靠接觸的方式加以連通，造成工作流體通過時毛細力下降使回流速度受到阻礙而影響導熱效率。

此外，傳統上將上下平板加以焊接的方法，亦因零件多及模治具技術程度高，使得成本相對較為高昂，並因其幾何形狀限制，需個別燒結該上下板的毛細結構，而無法以單一步驟同時完成。再者，隨著不同長度均溫 板的需求，亦需相對應使用不同的成形模具與相關治工具，造成設備成本大幅增加。

有鑑於上述課題，本發明之目的係提出一種可靠度增加，成本低廉且熱傳效率佳的均溫元件及其製造方法。

為達到上述的目的，本發明提出一種均溫元件之製造方法，包括以下步驟：提供一平板式中空管體，其內壁表面佈滿有連續之一第一毛細結構；提供至少一導流元件，置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構；連接該第一毛細結構及該第二毛細結構而形成一連續式毛細結構；以及充填一工作流體並將該平板式中空管體之二端部密封。

為達到上述的目的，本發明提出一種均溫元件，其包括一平板式中空管體，其管體為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構；至少一導流元件，設置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構；以及一工作流體，設置於密封後之該平板式中空管體內部；其中，該第一毛細結構與該第二毛細結構係形成一連續式毛細結構。

為達到上述的目的，本發明提出一種散熱模組

依本發明之均溫元件之製造方法，可以一體成型方式取代傳統之上下板方式，不僅焊道路徑較少導致可靠度增加，且可在任意位置設置導流元件並可與冷凝端及蒸發端的毛細結構形成連續式的毛細結構，幫助工作流體 自冷凝端藉由此導流元件回流至蒸發端過程中的毛細力不會間斷，因而加快工作流體的循環流動，進而達到有效增加散熱效率，相較習知具有一毛細結構不連續區的均溫板，依本發明之均溫元件之結構與製造方法，可提供一更佳之毛細結構使工作流體能快速循環而增加熱傳效率。

並且，本發明之均溫元件之製造方法，係利用管材沖壓形成均溫板的外壁，不需複雜成形或成本昂貴的材料，並可依不同使用者之個別需求，調整該均溫元件之長度，且模具便宜又可共用，可達到簡化製程步驟之優點，整體而言，本發明之均溫元件之製造方法，具有幾何形狀變化容易，且成本便宜等優點。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下將詳細說明本發明均溫元件之製造方法，請同時參照第1A圖與第1B圖，第1A圖與第1B圖係依據本發明之二種均溫元件之製程圖。首先，提供一平板式中空管體2，例如是以一圓形管材1經由沖壓方式而形成該平板式中空管體2，該平板式中空管體2之截面形狀係為多邊形、長橢圓形或長圓弧形，而該管體之材質例如是鋁、銅、鈦、鉬或其他具高熱傳導係數之金屬。在此，必須注意的是，平板式中空管體2除了是以圓管1 經由沖壓方式而形成之外，亦可利用沖壓方式而直接製成該平板式中空管體2。

該平板式中空管體2內部採用燒結方法，形成連續之一第一毛細結構4佈滿於該平板式中空管體2之內壁，其中該第一毛細結構4係為金屬彈簧狀、溝槽狀、柱狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。接著，依據實際產品的需求，可於平板式中空管體2之一面以沖壓方式再形成一凸台3(如第1B圖所示)，且具有此凸台3之面即為均溫元件的底面，用以與熱源接觸。或者，該平板式中空管體也可不設置該凸台3，而直接與熱源接觸，如第1A圖所示。

接著，提供至少一導流元件5，利用燒結方法於其表面形成有一第二毛細結構6，再將燒結好之導流元件5置於該平板式中空管體2內，進行第二次燒結使第一毛細結構4與導流元件5上的第二毛細結構6連結而形成一連續式毛細結構；之後，於平板式管體側壁***注水管7，再將平板式中空管體2之兩端及注水管7與平板式中空管體2接合處予以密封，該密封之方法係以焊接、熔接或類似機械加工方式密封。密封後並自注水管7充填一工作流體於平板式中空管體2內，工作流體例如是無機化合物、水、烷類、醇類、液態金屬、酮類、冷煤或有機化合物。最後，自注水管7將平板式中空管體7抽真空以去除非凝結性氣體(NCG)，並加以密封注水管7，如此即可完成本發明均溫元件11A、11B之製作。

第2圖係第1A圖中將均溫元件倒置後之A－A’剖面 示意圖。各實施例中相同或相當之元件係標示同一符號。請同時參照第1A圖與第2圖，均溫元件11A包括一平板式中空管體2，至少一導流元件5以及一工作流體W。平板式中空管體2之管體為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構4。導流元件5設置於平板式中空管體2內且導流元件5表面具有一第二毛細結構6。工作流體W設置於密封後之平板式中空管體2內部。其中，第一毛細結構4與第二毛細結構6係形成一連續式毛細結構。導流元件5除了可上下支撐均溫元件11A之兩平板之外，更可提昇工作流體W之回流速率，而提高散熱效率。凡標號相同之元件，其餘特徵或詳細敘述已於前詳加描述，故在此不再贅述。

在此必須特別說明的是，導流元件5可為一實心柱體，且第二毛細結構係披覆在該實心柱體之表面，如第1A圖中所示。或者，導流元件5與第二毛細結構6可為相同材質一體成型，例如是一金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構，如第2圖中所示。

第3圖係第1B圖中將均溫元件倒置後之B－B’剖面示意圖。第4圖係第1B圖中將均溫元件之倒置後之C－C’剖面示意圖。各實施例中相同或相當之元件係標示同一符號。請同時參照第1B圖、第3圖與第4圖，均溫元件11B包括一平板式中空管體2，至少一導流元件5以及一工作流體W。平板式中空管體2，具有至少一凸台3，且平板式中空管體2為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構4。導流元件5設置於平板式 中空管體2內且導流元件5表面具有一第二毛細結構6。工作流體W設置於密封後之平板式中空管體2內部。其中，第一毛細結構4與第二毛細結構6係形成一連續式毛細結構。導流元件5除了可上下支撐均溫元件11B之兩平板之外，更可提昇工作流體W之回流速率，而提高散熱效率。凡標號相同之元件，其餘特徵或詳細敘述已於前詳加描述，故在此不再贅述。

在此必須特別說明的是，導流元件5可為一實心柱體，且第二毛細結構係披覆在該實心柱體之表面，如第1B圖中所示。或者，導流元件5與第二毛細結構6可為相同材質一體成型，例如是一金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構，如第3圖與第4圖中所示。另外，請參照第4圖，於平板式中空管體2之兩端封邊處13的內側可更包括至少一支撐件24(例如是一高導熱棒材或是由銅粉燒結而成的支撐件)，使平板式中空管體2在兩端部密封時能保持平整。

再請參閱第5A及5C圖。如第5A圖所示，該散熱模組10包含有一散熱鰭片40、一均溫元件11以及一固定板50，該均溫元件11係以第1B圖中之均溫元件11B為例。該固定板50，包括有一底板51、至少二側板52及至少二連接板53，該底板51與該些側板52形成有一容置空間55，用以容置該均溫元件11，且該固定板50之底板51具有一開孔54，係用以容置該凸台3，如第6B圖所示；或該開孔54可容納部份均溫元件11及凸台22，如第6C圖所示。該散熱鰭片40，係連接於該均溫 元件11之凸台22的相對側，並與該連接板53固接，使該均溫元件受散熱鰭片與固定板之挾持而穩固。

再請參閱第6圖，該散熱模組10包含有一散熱鰭片40、一均溫元件11以及一固定板50，該均溫元件11為密封之平板式中空管體並充填有工作流體，該均溫元件11內具有至少一導流元件形成並連接相對之內壁表面，使該工作流體可藉由該導流元件回流循環。至少二固定板60，該固定板60具有一底板61與一側板62，二固定板60係相對設置於均溫元件11兩側，且其側板62抵靠並夾緊該均溫元件11；以及一散熱鰭片40，其連接該均溫元件11之凸台22相對側，並與該底板61固接。

依本發明之均溫元件之製造方法，可以一體成型方式取代傳統之上下板方式，不僅焊道路徑較少導致可靠度增加，且可在任意位置設置導流元件並可與冷凝端及蒸發端的毛細結構形成連續式的毛細結構，幫助工作流體自冷凝端藉由此導流元件回流至蒸發端過程中的毛細力不會間斷，因而加快工作流體的循環流動，進而達到有效增加散熱效率，相較習知具有一毛細結構不連續區的均溫板，依本發明之均溫元件之結構與製造方法，可提供一更佳之毛細結構使工作流體能快速循環而增加熱傳效率。

並且，本發明之均溫元件之製造方法，係利用管材沖壓形成均溫板的外壁，不需複雜成形方式或成本昂貴的材料，並可依不同使用者之個別需求，調整該均溫元件之長度，且模具便宜又可共用，可達到簡化製程步驟之 優點，整體而言，本發明之均溫元件之製造方法，具有幾何形狀變化容易，且成本便宜等優點。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，上述實施例僅係用來說明而非用以限定本發明之申請專利範圍，本發明之範疇係由以下之申請專利範圍所界定。凡依本發明申請專利範圍所作之變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

1‧‧‧圓形管材

10‧‧‧散熱模組

11、11A、11B‧‧‧均溫腔體

2‧‧‧平板式中空管體

24‧‧‧支撐件

3‧‧‧凸台

4‧‧‧第一毛細結構

40‧‧‧散熱鰭片

5‧‧‧導流元件

50、60‧‧‧固定板

51、61‧‧‧底板

52、62‧‧‧側板

53‧‧‧連接板

54‧‧‧開孔

55‧‧‧容置空間

6‧‧‧第二毛細結構

7‧‧‧注水管

第1A圖與第1B圖係依據本發明之二種均溫元件之製程圖。

第2圖係第1A圖中將均溫元件倒置後之A－A’剖面示意圖。

第3圖係第1B圖中將均溫元件倒置後之B－B’剖面示意圖。

第4圖係第1B圖中將均溫元件之倒置後之C－C’剖面示意圖。

第5A圖係為本發明散熱模組之分解圖。

第5B圖係為本發明散熱模組之第一實施例示意圖。

第5C圖係為本發明散熱模組之第二實施例示意圖。

第6圖係為本發明散熱模組之第三實施例示意圖。

1‧‧‧圓形管材

2‧‧‧平板式中空管體

3‧‧‧凸台

4‧‧‧第一毛細結構

5‧‧‧導流元件

6‧‧‧第二毛細結構

7‧‧‧注水管

Claims (50)

1. 一種均溫元件之製造方法，包括：提供一平板式中空管體，其內壁表面佈滿有連續之一第一毛細結構；提供至少一導流元件，置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構，其中該導流元件為一實心柱體，且該第二毛細結構係披覆在該實心柱體之表面；連接該第一毛細結構及該第二毛細結構而形成一連續式毛細結構；以及充填一工作流體並將該平板式中空管體之二端部密封。
2. 一種均溫元件之製造方法，包括：提供一平板式中空管體，其內壁表面佈滿有連續之一第一毛細結構；提供至少一導流元件，置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構，其中該導流元件與該第二毛細結構為相同材質一體成型；連接該第一毛細結構及該第二毛細結構而形成一連續式毛細結構；以及充填一工作流體並將該平板式中空管體之二端部密封。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該平板式中空管體係由一體成形之一管材經由沖壓方式而形成。
4. 如申請專利範圍第3項所述之均溫元件之製造方法，其中該管材係一圓形管材。
5. 申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該平板式中空管體係以沖壓方式直接形成。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該平板式中空管體之一面更形成有至少一個凸台。
7. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該連續式毛細結構係利用燒結方式而連接該第一毛細結構與該第二毛細結構。
8. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該第一毛細結構係為金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。
9. 如申請專利範圍第2項所述之均溫元件之製造方法，其中該導流元件與該第二毛細結構係為金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。
10. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該平板式中空管體之材質係為鋁、銅、鈦、鉬或其他具高熱傳導係數之金屬。
11. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該平板式中空管體之截面形狀係為多邊形、長橢圓形或長圓弧形。
12. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中於該平板式中空管體之側壁更***有一注 水管，使得該工作流體係藉由該注水管而充填至該均溫元件內部。
13. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中該工作流體為無機化合物、水、烷類、醇類、液態金屬、酮類、冷煤或有機化合物。
14. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中利用焊接、熔接或類似機械加工方式將該平板式中空管體兩端密封。
15. 如申請專利範圍第1或2項所述之均溫元件之製造方法，其中於該平板式中空管體內部更設置有至少一支撐件，使該平板式中空管體在兩端部密封時能保持平整。
16. 如申請專利範圍第15項所述之均溫元件之製造方法，其中該支撐件係為一高導熱棒材或是由銅粉燒結而成。
17. 一種均溫元件，包括：一平板式中空管體，其管體為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構；至少一導流元件，設置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構，其中該導流元件為一實心柱體，且該第二毛細結構係披覆在該實心柱體之表面；以及一工作流體，設置於密封後之該平板式中空管體內部；其中，該第一毛細結構與該第二毛細結構係形成一連續式毛細結構。
18. 一種均溫元件，包括：一平板式中空管體，其管體為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構；至少一導流元件，設置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構，其中該導流元件與該第二毛細結構為相同材質一體成型；以及一工作流體，設置於密封後之該平板式中空管體內部；其中，該第一毛細結構與該第二毛細結構係形成一連續式毛細結構。
19. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該平板式中空管體係由一體成形之一管材經由沖壓方式而形成。
20. 如申請專利範圍第19項所述之均溫元件，其中該管材係一圓形管材。
21. 申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該平板式中空管體係以沖壓方式直接形成。
22. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該平板式中空管體之一面更形成有至少一個凸台。
23. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該連續式毛細結構係利用燒結方式而連接該第一毛細結構與該第二毛細結構。
24. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該第一毛細結構係為金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。
25. 如申請專利範圍第18項所述之均溫元件，其中該導流元件與該第二毛細結構係為金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。
26. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該平板式中空管體之材質係為鋁、銅、鈦、鉬或其他具高熱傳導係數之金屬。
27. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該平板式中空管體之截面形狀係為多邊形、長橢圓形或長圓弧形。
28. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中於該平板式中空管體之側壁更***有一注水管，使得該工作流體係藉由該注水管而充填至該均溫元件內部。
29. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中該工作流體為無機化合物、水、烷類、醇類、液態金屬、酮類、冷煤或有機化合物。
30. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中利用焊接、熔接或類似機械加工方式將該平板式中空管體兩端密封。
31. 如申請專利範圍第17或18項所述之均溫元件，其中於該平板式中空管體內部更設置有至少一支撐件，使該平板式中空管體在兩端部密封時能保持平整。
32. 如申請專利範圍第31項所述之均溫元件，其中該支撐件係為一高導熱棒材或是由銅粉燒結而成。
33. 一種散熱模組，包括：一均溫元件，包括：一平板式中空管體，其管體為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構；至少一導流元件，設置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構；以及一工作流體，設置於密封後之該平板式中空管體內部；其中，該第一毛細結構與該第二毛細結構係形成一連續式毛細結構；一固定板，具有一底板、至少二側板及至少二連接板，該底板與該些側板形成一容置空間，用以容置該均溫元件，該底板具有一開孔，用以容置該凸台；以及一散熱鰭片，其連接該均溫元件之凸台相對側，並與該連接板固接。
34. 一種散熱模組，其包括有：一均溫元件，包括：一平板式中空管體，其管體為一體成形，且於內壁表面佈滿有一連續之第一毛細結構；至少一導流元件，設置於該平板式中空管體內且該導流元件表面具有一第二毛細結構；以及一工作流體，設置於密封後之該平板式中空管體內部；其中，該第一毛細結構與該第二毛細結構係形成一連續式毛細結構；至少二固定板，該固定板具有一底板與一側板，二固定板相對設置於該均溫元件兩側，且其側板抵靠並夾緊 該均溫元件；以及一散熱鰭片，其連接該均溫元件之凸台相對側，並與該底板固接。
35. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該平板式中空管體係由一體成形之一管材經由沖壓方式而形成。
36. 如申請專利範圍第35項所述之散熱模組，其中該管材係一圓形管材。
37. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該平板式中空管體之一面更形成有至少一個凸台。
38. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該平板式中空管體係以沖壓方式直接形成。
39. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該連續式毛細結構係利用燒結方式而連接該第一毛細結構與該第二毛細結構。
40. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該第一毛細結構係為金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。
41. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該導流元件為一實心柱體，且該第二毛細結構係披覆在該實心柱體之表面。
42. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該導流元件與該第二毛細結構為相同材質一體成型。
43. 如申請專利範圍第41項所述之散熱模組，其中該 導流元件與該第二毛細結構係為金屬彈簧狀、網狀或以金屬粉粒成型之多孔質結構。
44. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該平板式中空管體之材質係為鋁、銅、鈦、鉬或其他具高熱傳導係數之金屬。
45. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該平板式中空管體之截面形狀係為多邊形、長橢圓形或長圓弧形。
46. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中於該平板式中空管體之側壁更***有一注水管，使得該工作流體係藉由該注水管而充填至該均溫元件內部。
47. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中該工作流體為無機化合物、水、烷類、醇類、液態金屬、酮類、冷煤或有機化合物。
48. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中利用焊接、熔接或類似機械加工方式將該平板式中空管體兩端密封。
49. 如申請專利範圍第33或34項所述之散熱模組，其中於該平板式中空管體內部更設置有至少一支撐件，使該平板式中空管體在兩端部密封時能保持平整。
50. 如申請專利範圍第49項所述之散熱模組，其中該支撐件係為一高導熱棒材或是由銅粉燒結而成。