可增强支撑强度与毛细作用的均热装置的制作方法

xiaoxiao2020-09-10  1

专利名称:可增强支撑强度与毛细作用的均热装置的制作方法
技术领域
本发明关于一种可增强支撑强度与毛细作用的均热装置。
背景技术
电子产品在操作中所生热量若散热不足会升高操作温度、劣化电子产品的
性能及可靠度,故对于电子产品的"热管理"(thermal management)益显其重要性。
常用的散热方式有使用热沉(heatsink)散热器,散热风扇,热管(heatpipe),
水冷式散热模块等多种散热机制、模块或方式来散除电子产品或半导体产品的
如图1所示的为公知的蒸汽腔体(vapor chamber) V,其底面搭接发热元件 C(如CPU,半导体产品或其它发热源),其上面则连接散热鳍片等散热器H,腔 体V中预抽真空,灌入可蒸发的工作流体,当工作流体受热后向上蒸发,触及 腔体上面因散热器H的冷却而被冷凝,释除其凝结热,冷凝的流体回流到腔体 底面,吸收发热元件的热量,再蒸发,如此周而复始,可达到散热的目的。
但上述结构,仍有以下诸缺点
1. 偌大一个蒸汽腔体V除边壁外,缺乏支撑结构,会弱化其结构安定性。
2. 工作流体向上蒸发时,有部分蒸汽经冷凝后直接因重力滴下,与上升 的蒸汽流相撞,影响工作流体蒸发、冷凝的热对流循环操作,而锐减其散热效 率。
3. 若为加强其结构强度,可增加边壁的厚度,但也相对增加其重量,使 整体电子产品的重量增加,不符合轻、薄、短、小的流行趋势。

发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种可增强支撑强度与毛细作用的均热 装置。
为达到上述目的,本发明一种可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,包

壳体,其内界定蒸汽室,在抽真空后充灌入可蒸发的工作流体;以及 网状交叉毛细结构体,设于该壳体的蒸汽室内,该工作流体在该蒸汽室内 吸收传导自该壳体所搭接的发热元件热源而蒸发、冷凝,周而复始,散除该均 热装置传递自发热元件的热源。
由上述技术方案可知,本发明是在壳体中设置网状交叉毛细结构体,以构 成蒸汽腔体(vapor chamber),其间借纵横交错的毛细孔,增强腔体内工作流体 的毛细作用,可发挥多点多方向的均热、散热作用,迅捷有效散除该均热装置 所接触的发热元件,并且因网状交叉毛细结构体呈现交链(cross-linking)状的机 械结构,可增强其支撑强度,提升相关产品的结构安全性。


图1为公知的蒸汽腔体的剖视图2为本发明的第一实施例各组成元件的立体分解图3为图2中所示均热装置组合后的剖视图4为图3中所示均热装置沿A-A线的剖视图5为本发明第二实施例中均热装置剖视分解示意图6为本发明第三实施例中均热装置的剖视图7为本发明第四实施例中网状交叉毛细结构体的俯视图8为图7中所示网状交叉毛细结构体立体示意图9为本发明第五实施例中网状交叉毛细结构体的俯视图10为图9中所示网状交叉毛细结构体组装于壳体内后的剖视图。附图标记
1 壳体2
11 第一壳盖12
10 蒸汽室(或蒸汽腔体)21
22 横格板111,
211 纵格条221
210, 212, 222, 23毛细孔
213, 223外框(座)20
211a, 221a毛细格条2a
V 蒸发室4, C
5, H散热器3
网状交叉毛细结构体
第二壳盖
纵格板
121 毛细薄层
框体 网板
发热元件 流体接管。
具体实施例方式
本发明的较佳实施方式可由以下说明书配合所附附图而得以清楚。 第一实施例
参阅图2至图4,本发明均热装置(thermalspreader)包括壳体l其内界定 蒸汽腔体或蒸汽室(vapor chamber) 10,在抽真空后充灌入可蒸发的工作流体; 以及网状交叉毛细结构体2设于该壳体的蒸汽室10内。
该壳体l可以由导热性好的金属等材料制成,包括第一壳盖ll,与第二 壳盖12。所述第二壳体12盖合第一壳盖11,并界定蒸汽室IO在该第一、第二 壳盖11, 12之间。
各该壳盖11, 12的里面可连设毛细薄层111, 121,所述毛细薄层111, 121 选自金属(如铜)网、烧结薄膜、粉末冶金薄层、及其它毛细薄层。该毛细 薄层lll, 121可以焊接、粘着,及其它连接方法连设于各壳盖11, 12的里面, 以与该网状交叉毛细结构体2流体相连通(fluidically communicatee^
该壳体1连接流体接管3,与该蒸汽室10相连通,该流体接管3与上述的 至少一个毛细薄层lll相连通,在闭合该壳体l的第一、第二壳盖ll, 12后,可通过该流体接管3将蒸汽室IO抽真空,或充灌入可蒸发的工作流体(working fluid),该工作流体在该蒸汽室10内因吸收传导自该壳体1所搭接的发热元件 热源而蒸发、冷凝,周而复始,以散除该均热装置传递自发热元件的热源。
该网状交叉毛细结构体2包括纵格板21贴近该第一壳盖11;与横格板 22紧接该纵格板21并贴近该第二壳盖12,该纵格板21与该横格板22叠置于 该壳体l的第一、第二壳盖ll, 12间的蒸发室10内。
该纵格板21包括多数个纵格条211并列、连设于外框座213之中,相邻 每两纵格条211之间界定纵向毛细孔212。
该横格板22包括多数个横格条221并列、连设于外框223之中,各横格 条221是投影地正交于各该纵格条2U,相邻两横格条221间界定横向毛细孔 222,在该横格板22叠合该纵格板21时,这些纵、横格条211, 221形成纵横 交错的"交叉网络",而这些纵向、横向毛细孔212, 222则交叉形成多数个垂 直毛细孔23,毛细孔23垂直地灌穿纵、横格板21, 22,如图3所示。
如图所示,本发明中的均热装置可呈正方体或平行六面体,但也可形成短 截圆柱体,或其它形状。本发明中对各元件的形状、大小、材料等并未加以限
本发明中,纵、横格板21, 22由导热性好的材质加以制作,例如导热性金 属(如铜)、陶瓷、碳纤维、塑料、复合材等,并未加以限制。
有关纵、横格板21, 22与壳体1的壳盖11, 12间的连接或接合,可釆用 已知的各种接合方式。并且各该格板21, 22可以通过射出成型、铸造、模制、 一体成型或其他加工等多种方法加以制作,本发明也未加以限制。
本发明在组合、密封各元件后,由流体接管3将蒸发室IO抽真空,然后充 灌入工作流体,渗流入该壳体1底部的毛细薄层111中,而壳体l底面搭接发 热元件4,如CPU、半导体产品等,而壳体l另一面则搭接散热器5,包括 散热鳍片等。发热元件4操作中的高温透经该壳体1底部的毛细薄层111传热 至渗流其内的工作流体,工作流体吸收汽化热(heat of vaporization)带走(降低) 发热元件4的热量,工作流体蒸发成蒸汽,穿经诸毛细孔212, 222, 23,上达到壳体1顶部的另一毛细薄层121,该处由于外接散热器5的散热,可将蒸汽
冷凝,放出凝结热(heat of condensation),凝结热由壳体1壳壁通过散热器5散 热,蒸汽冷凝为液滴,借重力沿着各毛细孔的孔壁滴流而下,重新回流入壳体 1底部,继续吸热、蒸发,依上述的操作方式重复、循环、散除发热元件的热 量,故能有效散除电子产品的热量。
当然,若热源置于上盖12时,则仍能利用本发明的毛细结构将下方的工作 流体以强力毛细作用渗吸至上方热源,持续吸热循环作用,有如毛巾吸水般, 在抵抗重力下,依然能有效发挥毛细作用,再通过壳体l及其所搭接的散热器(如 设于下盖"11〃 ),加以散热,故本发明可多方向或依不同角度有效动作,更好 地发挥均热、散热效用。
本发明较先前技术有以下优点及进步
1. 网状交叉毛细结构体2中的诸多毛细孔212, 222, 23密布于蒸发室10 内,分散蒸汽压力,增强毛细作用,加速工作流体的蒸发、冷凝散热的循环操 作,有效散除电子元件的散发出的热量。
2. 纵格板21、横格板22纵横交错,除形成上述的毛细孔23增强毛细作 用,还因两板21, 22交叠,形成交链(cross-linking)式的机械结构,增强其支撑 强度,可增进电子元件的结构稳定性(structural stability)。
3. 纵、横格板21, 22的纵、横格条211, 221相互交错,方便蒸发室10 抽真空,并在充灌工作流体时,可避免流体骤入蒸发室中瞬间蒸发所造成的回 压(backpressure)现象,而大大减少工作流体充灌时的阻力,有利于灌装与维护 保养作业。
4. 纵、横格板21, 22的格条211, 221本身也如同"热交换器"(heat exchanger),此"骨架"会吸收部分蒸汽的热量,传经壳体1由散热器5快速散 热,故本发明可将一点热源迅速扩散到一个大平面,再加以散热,为优越的均 热器(thermal spreader)。
上述的纵、横格板21, 22其实可仅以模具制作,令两模制成品上、下正交、 叠置即可,可降低制作成本。第二实施例
本发明的第二实施例示意于图5中,该网状交叉毛细结构体2将前述的纵
格板21与横格板22两板"二合一〃 ,即在框体20的下部形成纵格条211与纵 向毛细孔212,而在上部形成横格条221与横向毛细孔222,以简化其制作、安 装程序,该流体接管3直接穿通框体20与毛细孔相连通。 第三实施例
如图6所示,该纵、横格板21, 22分别由框体20围设、界定该蒸发室10 于纵格板21与横格板22内,而由框体20兼作本发明均热装置的壳体1,即免 设前述由第一、第二壳盖ll, 12所合并的壳体1,而令流体接管3与该蒸发室 IO流体相连通。
第四实施例
如图7及图8所示,前述的纵、横格条211, 221除中间与两侧部分制作成 实心格条外,其余可制成毛细格条211a, 221a,此时,诸实心格条211, 221 因是实心,不会毛细吸收工作流体,故工作流体经冷却、冷凝后利用其表面涨 力逐渐淤积于实心格条间的毛细孔隙,形成"补偿室〃 ,到累积至相当重量, 再泄流(drain)而下,使工作流体的冷凝液循此"管道〃 下流,而工作流体蒸汽 则循其它毛细孔上升,上升蒸汽与下流液滴较不会碰撞,从而不会影响其对流 作用,而有利于提升毛细作用与整体散热效率。
所用的毛细格条211a, 221a可以由具有毛细性、多孔性或纤维性等材质加 以制作,本发明并未加以限制。
第五实施例
如图9及图IO所示,该网状交叉毛细结构体2也可修饰为多数个纵格条 211与横格条221交织而成的网状交叉网板2a,各纵、横格条211, 221间界定 毛细孔210。
权利要求
1、一种可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在于,包括壳体,其内界定有蒸汽室,所述蒸汽室在抽真空后充灌入能蒸发的工作流体;以及网状交叉毛细结构体,设于所述壳体的蒸汽室内,所述工作流体在所述蒸汽室内吸收传导自所述壳体所搭接的发热元件热源而蒸发、冷凝,周而复始,散除该均热装置传递自发热元件的热源。
2、 如权利要求l所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述壳体包括第一壳盖,与第二壳盖,所述第二壳盖盖合该第一壳盖, 并界定所述蒸汽室于该第一、第二壳盖之间。
3、 如权利要求2所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述各该壳盖的里面连设选自金属网、烧结薄膜或粉末冶金薄层中的毛细 薄层,所述毛细薄层与该网状交叉毛细结构体流体相连通。
4、 如权利要求3所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述壳体连接流体接管,所述流体接管与所述蒸汽室相连通,并与所述壳 体内至少一个毛细薄层相连通,在闭合该壳体的第一、第二壳盖后,通过该流 体接管将所述蒸汽室抽真空,或充灌入该工作流体。
5、 如权利要求4所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述网状交叉毛细结构体包括纵格板,贴近所述第一壳盖;横格板,紧接该纵格板并贴近该第二壳盖,该纵格板与该横格板叠置在该 壳体第一、第二壳盖间的蒸发室内。
6、 如权利要求5所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述纵格板包括多数个纵格条并列、连设于外框座中,相邻的每两纵格 条之间界定有纵向毛细孔。
7、 如权利要求6所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在于,所述横格板包括多数个横格条并列、连设于外框中,各横格条是投影地 正交于该纵格板的各该纵格条,相邻两横格条间界定横向毛细孔,在该横格板 叠合该纵格板时,这些纵、横格条形成纵横交错的交叉网络,而这些纵向、横 向毛细孔则交叉形成多数个垂直毛细孔垂直地灌穿该纵、横格板。
8、 如权利要求5所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述网状交叉毛细结构体中的所述纵格板与横格板两板合一,包括有一个 框体,在所述框体的下部形成纵格条与纵向毛细孔,而在该框体上部形成横格 条与横向毛细孔,所述流体接管直接穿通所述框体与所述毛细孔相连通。
9、 如权利要求5所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征在 于,所述纵、横格板各以框体围设、界定所述蒸发室于该纵格板与横格板内, 且仅以该框体作为其壳体;所述流体接管径与该蒸发室流体相连通。
10、 如权利要求5所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征 在于,所述纵、横格板分别由多数个纵、横格条所构成,这些格条部分制作成 实心格条,另一部分制成毛细格条。
11、 如权利要求IO所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征 在于,所述毛细格条由具有毛细性、多孔性或纤维性材质制作而成。
12、 如权利要求1所述的可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,其特征 在于,所述网状交叉毛细结构体中的多数个纵格条与横格条交织成网状交叉网 板,各该纵、横格条间界定毛细孔。
全文摘要
本发明提供一种可增强支撑强度与毛细作用的均热装置,包括壳体,其内界定蒸汽室(vapor chamber),在抽真空后充灌入可蒸发的工作流体,在壳体的蒸汽室中设置网状交叉毛细结构体,其间借纵横交错的毛细孔,增强腔体内工作流体的毛细作用,可发挥多点多方向的均热、散热作用,迅捷有效散除该均热装置所接触的发热元件,并且因网状交叉毛细结构体呈现交链(cross-linking)状的机械结构,可增强其支撑强度,提升相关产品的结构稳定性。
文档编号H05K7/20GK101472450SQ200710306078
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年12月29日
发明者康尚文, 蔡孟昌 申请人:私立淡江大学

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