TWM650009U - 治具及利用其所製成的一體式環體銅柱結構 - Google Patents

Abstract

一種治具由下至上包括一載體、一活動金屬片及一粉末漏蓋，其中載 體之每一模穴係供一銅柱置入，粉末可從粉末漏蓋通過該活動金屬片填入模穴內，進而在銅柱外表面充填有一環狀之粉末；然後經由加熱過程使兩者一起燒結，且環狀之粉末變成燒結環體與銅柱成型為一未有裝配間隙的一體式環體銅柱結構。藉此減少兩者的結合公差，以改善因過往技術或製程使二者存在裝配間隙而產生積水問題，造成銅柱與燒結環體因積水結冰產生膨脹、崩裂脫離柱體等缺失者。

Description

治具及利用其所製成的一體式環體銅柱結構

本創作有關於治具及其應用領域，特別是一種治具及藉由該治具所製成一體式環體銅柱結構。

隨著科技產業快速的進步，電子產品的功能日益提升，造成在操作使用時也產生更多的熱量，倘若這些熱量無法及時散逸出去而累積於該電子產品內部的電子元件(如處理器)處，勢必因溫度過高而影響電子產品整體的運作效能，或導致電子元件的損燬。

一般業界針對空間較狹窄或需要較大面積進行散熱之熱源所採用的散熱裝置通常選擇以均溫板作為導熱元件用以傳導熱源或均溫之用。

習知均溫板由一上板蓋合於一下板並共同界定一密閉腔室，該密閉腔室呈真空狀態並其內填充有一工作液體(如純水)，且該密閉腔室內還設有毛細結構及支撐柱，該等支撐柱的兩端分別抵接該密閉腔室內的上、下板內側。

然而一般的支撐柱係為一實心銅柱，其作用係僅提供支撐及防止均溫板產生熱膨脹(上、下板受熱向外膨脹產生鼓包或鼓脹)之功能，由於銅柱之外表面平滑，因此無法提供任何毛細力作用，使該蒸發冷凝後之工作流體僅能受重力作用或由冷凝區(上板)的毛細結構再緩回流至蒸發區(下板)，其回流速度及過程過慢，易使蒸發區回水太慢產生乾燒，造成熱傳效率不佳。

故業者便對該支撐柱進行改良，使其除具有支撐功效外，更能具有毛細力作用。該改良後支撐柱大致可分為兩種型態；其中一種支撐柱型態是由一般粉末直接燒結成形的燒結支撐柱型態，藉由燒結支撐柱上的多孔隙結構將冷凝後的液 體以毛細作用力回流到該蒸發區。雖然該燒結支撐柱具有毛細力，但卻又衍伸以下問題，首先燒結支撐柱係為多孔隙的燒結體結構，因為具有多孔隙所以其密度不如實心銅柱的密度，造成支撐強度不強，易受到外部高壓容易產生斷裂或崩壞，且其拉拔力亦顯不足易造成均溫板產生鼓包現象。

另一種支撐柱型態是在一實心的銅柱之外圍再另外套接一個由粉末先燒結製成的環狀結構，利用該環狀結構的多孔隙產生毛細力將冷凝後的液體回流到蒸發區，以順利達到汽液循環效果。然而此種環狀結構的製作方式，是利用具有模穴的一石墨材質模具，該模具之模穴中設置有一中心碳棒，然後將粉末填入該模穴內形成有一環繞該碳棒的環狀粉環結構。隨後，將模具送入燒結爐進行燒結，待冷卻再取出模穴內燒結後的環狀燒結體。由於石墨材質模具及碳棒的熔點相對高於燒結粉末的熔點，所以能夠耐燒結溫度而不會熔融與燒結後的環狀燒結體燒結一起，所以能夠讓環狀燒結體順利脫離模穴並與碳棒分離。

然而，該環狀結構與銅柱二者均係是採各別分開製作，再進行套接組合，環狀結構於燒結過程中難確保品質之均一性，致使環狀結構與銅柱兩者的之結合圓心不一致易造成同心度之誤差進而產生組合公差，致使兩者在裝配時產生偏心及組合間隙問題。(即當環狀結構的內徑過度小於銅柱的外徑的，造成環狀結構無法套接銅柱。倘若該環狀結構的內徑過度大於銅柱的外徑，在環狀結構的內表面與該銅柱的外表面間產生裝配間隙無法緊密貼合，將使得在銅柱上的環狀結構產生晃動以及裝配間隙問題)，該間隙會造成積水(聚水)問題，當均溫板未工作且當外在環境處於零度時，該間隙之積水會產生結冰造成環狀結構膨脹(鼓包)崩裂或崩壞，進而使均溫板熱交換效率降低或失能者。

是以，要如何解決上述問題與缺失，即為本案之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

本創作之一目的，在於提供一種能解決上述問題的治具及利用其所製成的一體式環體銅柱結構。

於是，本創作治具，由上而下依序包括一載體、一活動金屬片及一粉末漏蓋。該載體具有複數模穴。該活動金屬片設置在該載體上並可相對該其往復移動。該活動金屬片具有一上表面及一下表面及複數組進粉孔。每一組進粉孔係貫穿其上表面及下表面，並連通該模穴。該粉末漏蓋設置在該活動金屬片上，且具有一置料區具有複數投料口，每一投料口對應該活動金屬片的每一組進粉孔。

於是，本創作一體式環體銅柱結構包含一銅柱及一燒結環體。該銅柱具有一上端及一下端及一外表面，該外表面包覆有該燒結環體，且該燒結環體與該銅柱二者係一起燒結而成，進而形成二者間沒有裝配間隙的一體結構。

本創作可藉由該治具製作出一體式環體銅柱結構，藉以改善過往習知技術或製程中柱體與環狀結構為各自分開製作後，再套接組合形成的組合公差進而產生裝配偏心及裝配間隙問題及存在裝配間隙的積水問題，造成銅柱與燒結環體因積水結冰產生膨脹(鼓包)脫離柱體的缺失者。

10:治具

11:底座

1112:定位銷

112:座落區

12:載體

121:頂面

122:底面

123:模穴

1231:穴底

1232:固定部

d:固定部深度

1233:粉末排出孔

1234:縫隙

13:固定金屬片

131:透孔

132:落粉孔

134:第二定位孔

t:厚度

135:預留間隙

14:活動金屬片

141:上表面

142:下表面

143:進粉孔

144:活動孔

145:凸部

15:粉末漏蓋

151:置料區

152:投料口

153:第一定位孔

21:銅柱

211:上端

212:下端

h1:上高度差

h2:下高度差

20:粉末

22:燒結環體

221:上端

222:下端

30:均溫板

301:上蓋

302:下蓋

303:毛細結構

S1~S5及S2a~S5a:步驟

第1A圖係為治具之立體分解示意圖；第1B圖係為治具之分解剖視示意圖；第1C圖係為第1B圖之1C的局部放大示意圖；第2A至2C圖為治具另一實施之示意圖；第3圖係為製作一體式環體銅柱結構的步驟流程示意圖；第4圖為銅柱放入模穴內前之實施示意圖； 第5圖為銅柱放入模穴後之實施示意圖及局部放大圖；第6圖為治具的活動金屬片未移動前之俯視實施示意圖；第7圖為填粉進入模穴之連續作動示意圖；第8圖為治具的活動金屬片移動後之俯視實施示意圖；第9圖為利用另一實施治具製作一體式環體銅柱結構的步驟流程示意圖；第10-12圖為另一實施治具搭配第9圖的各步驟的實施示意圖；第13圖為一體式環體銅柱結構的立體示意圖；第14圖為一體式環體及柱體結構應用在均溫板內之局部示意圖。

本創作之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

如第1A至1C圖所示，一治具10係用來製造一體式環體銅柱結構。該治具10由下而上包括一載體12、一活動金屬片14及一粉末漏蓋15。

該載體12具有一頂面121及一底面122，該頂面121具有複數模穴123。每一模穴123具有一穴底1231，該穴底1231設有一固定部1232。該固定部1232從該穴底1231往下設型，且具有一固定部深度d界定在固定部1232的底側與穴底1231之間。另該固定部1232的底側再設有一粉末排出孔1233，該粉末排出孔1233係貫穿該固定部1232及載體12的底面122且連通該模穴123。

此外，固定部1232與粉末排出孔1233之銜接處設有一斜面，其係用以將多餘之粉末導至粉末除出孔1233。在本實施，該載體12較佳為石墨材質，其熔點相對比燒結粉末及銅柱的熔點高，能夠耐燒結溫度而不會與燒結後的燒結環體及銅柱結合一起，使得其容易從模穴123內脫離。

該活動金屬片14例如鋼片，設置在該載體12的頂面121上，並可相對該載體12往復移動。該活動金屬片14具有一上表面141及一下表面142及複數組進粉孔143及複數活動孔144。該下表面142係面對該載體12的頂面121，所述每一組進粉孔143係貫穿該上表面141及該下表面142。隨著該活動金屬片14相對載體12往復移動時(例如被抽拉或推回的移動)，每一組進粉孔143與載體12的模穴123對位連通或錯位偏移而不連通。前述活動孔144分設於活動金屬片14的四個角落處，且在該活動金屬片14的一邊緣突設一凸部145用以對其施加往復的移動力。

該粉末漏蓋15設置在該活動金屬片14上，具有一置料區151及複數第一定位孔153。該等第一定位孔153例如但不限制的分設於粉末漏蓋15的四個角落處。該置料區151用以放置粉末(例如銅粉或鈦金屬粉或其他金屬或非金屬之粉末)，且其內設有複數投料口152。且隨著上述活動金屬片14相對載體12往復移動時，每一投料口152與每一組進粉孔143對位連通或錯位偏移而不連通。當對位連通時，每一投料口152、每一組進粉孔143及模穴123由上而下構成一粉末填充路徑。

另外，如第2A至2C圖所示，前述的載體12係可選擇放置在一底座11上，且載體12的頂面121與活動金屬片14的下表面142之間選擇設有一固定金屬片13。藉此，該治具10由下而上包括底座11、載體12、固定金屬片13、活動金屬片14及粉末漏蓋15。

該底座11具有一座落區112及複數定位銷1112。該座落區112係供前述載體12放置，該等定位銷1112例如但不限制分設在底座11的四個角落，用以對應定位匹配前述活動金屬片14的該等活動孔144及粉末漏蓋15的第一定位孔153。

該固定金屬片13例如鋼片，係覆蓋在該載體12的頂面121，且在對應每一模穴123的位置分別設有一透孔131，每一透孔131外側設有一組落粉孔132。每一組落粉孔132係對應連通載體12的模穴123。且在對應該底座11的定位銷1112處設有複數第二定位孔134。這些第二定位孔134分設於固定金屬片13的四個角落處與該定位銷1112匹配。藉由該等第二定位孔134分別對準套入該定位銷1112，以使固定金屬片13的每一透孔131及每一組落粉孔132能夠對準該載體12的每一模穴123。

前述活動金屬片14的該等活動孔144(例如但不限制為長條孔)分別對準套接定位銷1112，並可往復移動的位於固定金屬片13上。且隨著活動金屬片14相對固定金屬片13往復移動時(例如抽拉及推回移動)，每一組進粉孔14與固定金屬片13的每一組落粉孔132對位連通或錯位不連通。當對位連通時，粉末漏蓋15的每一投料口152及活動金屬片14的每一組進粉孔143及固定金屬片13的每一組落粉孔132及模穴123由上而下構成一粉末填充路徑。

該粉末漏蓋15的該等第一定位孔153係分別對準套接定位銷1112，以使粉末漏蓋15固定在該活動金屬片14上。如此，使得陸續放置在載體12上的固定金屬片13、活動金屬片14及粉末漏蓋15該能夠跟載體12在同一基準位置上下對應。

以下將敘述利用前述治具製作一體式粉環銅柱結構的方法步驟。

請繼續參考第3圖係為製作一體式粉環銅柱結構的步驟流程圖。第4至8圖則搭配第3圖的各步驟的實施示意圖。如圖所示，一體式粉環銅柱結構製作方法包含下列步驟：步驟A(S1)：將每一銅柱放入該載體的每一模穴內； 在本步驟，如第4及5圖所示，將預先準備的每一銅柱21放入每一模穴123內。所述每一銅柱21具有一上端211及一下端212及一外表面213。放入模穴123內的銅柱21的下端212，暫時固定在該模穴123的穴底1231的固定部1232，銅柱21的上端211係不突出或平齊載體12的頂面121。再者，固定部1232內徑大於該銅柱21外徑，藉此在固定部1232的內側與該銅柱21的下端212外表面之間形成一縫隙1234，該縫隙1234位於該模穴123之下，及該粉末排出孔1233之上以利後續從模穴123排出散落粉末。

步驟B(S2)：在該載體的頂面由下而上依序放置該活動金屬片及該粉末漏蓋。

在本步驟，如第5及6圖所示，在銅柱21放入模穴123後，將活動金屬片14放置在載體12的頂面121，使其進粉孔143連通下方的載體12的每一模穴123，並避開模穴123內的銅柱21。再將粉末漏蓋15放置在活動金屬片14的上表面141(如第4圖)，使其投料口152對位連通尚未移動前的活動金屬片14的每一組進粉孔143，以使每一組進粉孔143在每一投料口152的下方範圍內(如第6圖)。

步驟C(S3)：將粉末放置在該粉末漏蓋的置料區，令該粉末通過該每一投料口進入該進粉孔，並從該進粉孔填入該模穴，進而在該銅柱的外表面填充有一環狀之粉末。

在本步驟，如第7圖a，將預先準備的粉末20(例如銅粉或鈦金屬粉或其他金屬或非金屬粉末)，放置在粉末漏蓋15的置料區151，粉末20則通過每一投料口152進入該活動金屬片14的進粉孔143。然後，通過進粉孔143的粉末再填入該模穴123。隨著粉末20持續填入模穴123內，以逐漸在該銅柱21的外表面填充成環狀之粉末20。在一些實施，藉由高壓氣體或震動輸送粉末填入該模穴 123，可使模穴123內的粉末緊密堆積成型，使得成型的環狀之粉末20不會鬆散，以提升後續燒結成功得到成品的良率。

步驟D(S4)：使該活動金屬片相對該載體移動，令該進粉孔與該投料口及該模穴錯位偏移，以停止該粉末繼續填入該模穴。

在本步驟，如第7圖b及第8圖所示，在該銅柱21的外表面填充成環狀的粉末22後，令活動金屬片14相對載體12移動(例如抽拉活動金屬片14)，使其進粉孔143沿著避開該載體12的模穴123方向移動(如第8圖箭頭所指方向)，進而與其上方的投料口152及下方的模穴123錯位偏移而不連通(如第7圖b)。且活動金屬片14的上表面141及下表面142分別對應封閉該投料口152及該模穴123，進而停止粉末20繼續填入該模穴123內(如第7圖b)。再者，在模穴123內一些散落的粉末20，可從該縫隙1234經過粉末排出孔1233排出模穴123外。

步驟E(S5)：該載體經由加熱過程，使該模穴內的銅柱及環狀之粉末一起燒結，且環狀之粉末變成燒結環體結合在銅柱外表面，兩者係為沒有裝配間隙的一體結構。

在本步驟，如第7圖c及第7圖d所示，移除該活動金屬片14及該粉末漏蓋15。然後將載體12及具有環狀之粉末22的銅柱21送入加熱爐(例如燒結爐)內加熱處理，透過加熱使顆粒狀的粉末20相互結合。加熱處理後，該環狀之粉末22變成燒結環體22直接結合成形在銅柱21的外表面213。然後從該模穴123內取出該銅柱21與燒結環體22。藉此銅柱21與燒結環體22即為一沒有裝配間隙的一體式結構。由於燒結環體22為粉末經過加熱形成，所以為一種具有多孔隙能夠產生毛細力的毛細組織(或稱毛細結構)。

請繼續參考第9圖係為利用前述第2A-2C圖的治具製作一體式粉環銅柱結構的步驟流程圖。第10至12圖則搭配第9圖的各步驟的實施示意圖。本實施大部分的元件及步驟跟前一實施步驟相同，相同的元件及步驟使用相同的符號表示，然而本實施跟前一實施不同處在於：

步驟B(S2a)：在該載體的頂面由下而上依序放置該固定金屬片及該活動金屬片及該粉末漏蓋。

在本步驟，如第10及11圖所示，在銅柱21放入模穴123後，將固定金屬片13覆蓋在載體12的頂面121，令固定金屬片13的每一組落粉孔132直通下方的載體12的每一模穴123。且固定金屬片13的透孔131對準每一模穴123內的銅柱21，以對其上端211定位。藉此銅柱21的上、下端211、212分別被固定金屬片13的透孔131及穴底1231的固定部1232暫時固定，使其能居中穩固的垂直站立在模穴123內，防止偏斜以減少後續填充在銅柱21外表面的環狀之粉末20與銅柱21的結合公差，進而提升二者的同心度(即環狀之粉末20與銅柱21為同軸，中心點無偏移)，並可保持該環狀之粉末20厚度一致不會有厚薄不均的問題產生。該活動金屬片14放置在該固定金屬片13上，且活動金屬片14尚未移動前每一組進粉孔143對位連通每一組落粉孔132，並避開模穴123內的銅柱21，以防止後續填粉的粉末20落至上端211形成殘粉，所造成與均溫板內側面無法完全結合問題。

步驟C(S3a)：將粉末放置在該粉末漏蓋的置料區，令該粉末通過該每一投料口進入該進粉孔，並從該進粉孔通過該落粉孔填入該模穴，進而該在該銅柱的外表面填充有一環狀之粉末。

在本步驟，如第12圖a，粉末20通過每一投料口152進入該活動金屬片14的進粉孔143。然後，通過進粉孔143的粉末20繼續通過該固定金屬片13的落粉 孔132，再從落粉孔132填入該模穴123在該銅柱21的外表面填充成環狀之粉末22。

步驟D(S4a)：使該活動金屬片相對該固定金屬片移動，令該進粉孔與該投料口及該落粉孔錯位偏移，以避免該置料區的粉末散落至固定金屬片上，停止該粉末繼續填入該模穴；在本步驟，如第12圖b所示，在該銅柱21的外表面填充環狀之粉末20後，令活動金屬片14相對固定金屬片13移動(如第8圖)，使其進粉孔143沿著避開該固定金屬片13的透孔131方向移動，進而與其上方的投料口152及下方的落粉孔132錯位偏移而不連通。且活動金屬片14的上表面141及下表面142分別對應封閉該投料口152及該落粉孔132，以防止在置料區151的投料口152的粉末20散落至固定金屬片13上，並進而停止粉末20繼續填入該模穴123內(如第12圖b)。

再者，復參第10、11、12圖所示，該固定金屬片13具有一厚度t係可根據該銅柱21的一高度調整，以使突伸至定位孔131內的銅柱21的上端211不超過該固定金屬片13的厚度t。例如銅柱21高度較高(即軸向較長)則該固定金屬片13的厚度t較厚，銅柱21高度較低(即軸向較短)則該固定金屬片13的厚度t較薄。在一些實施係可根據該銅柱21的高度，藉由不同厚薄的單一固定金屬片13調整該厚度t，或藉由多片相同或不同厚薄的固定金屬片13堆疊加總調整該厚度t。並藉由固定金屬片13的厚度t大於銅柱21突出載體12的頂面121的上端211長度，在銅柱21的上端211與活動金屬片14的下表面142之間構成一預留間隙135(如第11圖的放大示意)。藉由該預留間隙135使銅柱21的上端211不會碰觸活動金屬片14的下表面142。因此，當活動金屬片14移動時不會碰觸到該銅柱21的上端211，使其可以居中穩固筆直設置在模穴123內。

步驟E(S5a)：該載體經由加熱過程，使模穴內的銅柱及環狀之粉末一起燒結，令環狀之粉末變成燒結環體結合在銅柱外表面，使兩者形成一沒有裝配間隙的一體結構。

在本步驟，如第12圖c及第12圖d所示，移除該固定金屬片13及該活動金屬片14及該粉末漏蓋15。然後將載體12及具有環狀之粉末22的銅柱21送入加熱爐(例如燒結爐)內加熱處理，該環狀之粉末22變成燒結環體22結合在銅柱21的外表面213，進而使該兩者成為沒有裝配間隙的一體式結構。另外，在其他實施載體12與該底座11可以一起送入加熱爐內加熱處理，底座11的材質可選擇與載體12的材質相同，以耐燒結溫度。

以下為該一體式環體銅柱結構應用於一兩相流裝置之實施。

請繼續參考第13及14圖所示，一併參考第12圖所示，該一體式環體銅柱結構，係可被應用在一均溫板30內。銅柱21的上端211係平齊或略突出燒結環體22的一上端221，在本實施表示銅柱21的上端211突出燒結環體22的上端221，並形成一上高度差h1(如第12圖d)。且藉由該固定部1232的固定部深度d，以令銅柱21的下端212略突出燒結環體22的下端222，並形成一下高度差h2(如第12圖d)。藉由該銅柱21兩端與燒結環體22兩端的上、下高度差h1及h2，得以配合該均溫板30的一上蓋301及一下蓋302的內面的一毛細結構303的厚度。其中銅柱21的上、下兩端211、212分別連接該上蓋301及該下蓋302的內面，該燒結環體22的上、下兩端221、222則能夠分別接觸或結合該上蓋301及該下蓋302內面的毛細結構303。藉由該銅柱21作為支撐柱，以幫助均溫板30抵抗外部壓力或耐受內部汽體壓力的結構強度，該燒結環體22作為均溫板30內的工作液體的汽液循環的回流毛細結構。

如上所述，利用上述治具與步驟所完成的一體式環體銅柱結構，其銅柱21與燒結環體22二者係為一體式結構，並未存在著有裝配間隙，可藉此改善過往技術或製程存在裝配間隙的積水問題，造成銅柱與燒結環因積水結冰產生膨脹(鼓包)脫離柱體的缺失。

以上已將本創作做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本創作之一較佳實施例而已，當不能限定本創作實施之範圍。即凡依本創作申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本創作之專利涵蓋範圍。

10:治具

12:載體

121:頂面

122:底面

123:模穴

14:活動金屬片

141:上表面

142:下表面

143:進粉孔

144:活動孔

15:粉末漏蓋

151:置料區

152:投料口

153:第一定位孔

Claims (7)

1. 一種治具，包括：一載體，具有一頂面及一底面，該頂面具有複數模穴；一活動金屬片，具有一上表面及一下表面及複數組進粉孔，每一組進粉孔係貫穿該上表面及下表面，該活動金屬片係設置在該載體上方並可相對其往復移動，以令其每一組進粉孔與該載體的模穴因往復移動而形成對位或錯位；一粉末漏蓋，設置在該活動金屬片上方，且具有一置料區，該置料區內具有複數投料口，每一投料口在該活動金屬片往復移動時與其每一組進粉孔形成對位或錯位者。
2. 如請求項1所述之治具，其中該載體位於一底座上，該活動金屬片具有複數活動孔，該粉末漏蓋具有複數第一定位孔，且該底座具有一座落區及複數定位銷，該座落區係供該載體放置，該等定位銷係對應定位該活動金屬片的複數活動孔及該粉末漏蓋的複數第一定位孔。
3. 如請求項2所述之治具，其中該載體的頂面與該活動金屬片的下表面之間設有至少一固定金屬片，該固定金屬片在對應每一模穴處分別設有一透孔，每一透孔的外側設有一組落粉孔連通該模穴，該活動金屬片係可相對該固定金屬片往復移動，以令其每一組進粉孔與該固定金屬片的每一組落粉孔形成對位或錯位。
4. 如請求項3所述之治具，其中該固定金屬片設有複數第二定位孔被該等定位銷對應定位。
5. 如請求項1所述之治具，其中每一模穴具有一穴底，該穴底設有一固定部，該固定部係連通一粉末排出孔，該粉末排出孔位於該固定部下方，且往該載體的底面貫穿；該活動金屬片的一邊緣突設一凸部。
6. 一種一體式環體銅柱結構，包含：利用請求項1的治具所形成的一銅柱及一燒結環體，該銅柱係置入該載體的磨穴內，且具有一上端及一下端及一外表面，一粉末從該粉末漏蓋通過該活動金屬片填入該模穴內，進而在該銅柱的外表面充填有一環狀之粉末，並經由加熱過程使兩者一起燒結，且該環狀之粉末變成該燒結環體，與該銅柱成型為一沒有裝配間隙的一體結構者。
7. 如請求項6所述之一體式環體銅柱結構，其中該銅柱的上端係平齊或凸出該燒結環體的一上端，該銅柱的下端係凸出該燒結環體的一下端。

Images