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1、10申请公布号CN102052864A43申请公布日20110511CN102052864ACN102052864A21申请号200910224561922申请日20091110F28D15/04200601B23P15/2620060171申请人和硕联合科技股份有限公司地址中国台湾台北市北投区立功街76号5楼72发明人刘睿凯钟兆才74专利代理机构上海专利商标事务所有限公司31100代理人任永武54发明名称均温板及其制造方法57摘要本发明涉及一种均温板及其制造方法。所述均温板包含壳体、工作流体、防水层及毛细结构层。工作流体填充于壳体内。防水层形成于壳体的内壁上。毛细结构层形成于防水层上。51I。
2、NTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图7页CN102052871A1/2页21一种均温板，其特征是，包含壳体；工作流体，填充于所述壳体内；防水层，形成于所述壳体的内壁上；以及毛细结构层，形成于所述防水层上。2根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述工作流体为水。3根据权利要求2所述的均温板，其特征是，所述防水层及所述毛细结构层为与水不发生反应的材料，其材料选择自由铜、黄铜、镍及钛材料所组成的群组。4根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述毛细结构层为粉末式多孔性毛细结构层。5根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述毛细结构层的厚度大于所述防水。
3、层的厚度。6根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述防水层的孔隙率小于或等于2。7根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述毛细结构层的孔隙率介于30至70之间。8根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述壳体由底座、上盖板、第一侧板与第二侧板组立而成。9根据权利要求8所述的均温板，其特征是，所述均温板进一步包含多个支撑板，所述这些支撑板抵持于所述底座与所述上盖板之间。10根据权利要求9所述的均温板，其特征是，所述这些支撑板依序设置有所述防水层与所述毛细结构层。11根据权利要求1所述的均温板，其特征是，所述壳体的材料为金属材料，且其材料选择自由铝、铁及不锈钢材料所组成的群组。12根据权利要求。
4、1所述的均温板，其特征是，所述防水层及所述毛细结构层经由熔射喷覆成型法依序形成于所述壳体的所述内壁上。13一种均温板制造方法，其特征是，包含下列步骤提供壳体；形成防水层于壳体的内壁上；形成毛细结构层于所述防水层上；于所述壳体内填充工作流体；以及密封所述壳体。14根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述壳体由底座、上盖板、第一侧板与第二侧板组立而成。15根据权利要求14所述的均温板制造方法，其特征是，所述防水层与所述毛细结构层形成于所述底座、所述上盖板、所述第一侧板与所述第二侧板上。16根据权利要求15所述的均温板制造方法，其特征是，还包含下列步骤将所述底座、所述上盖板、所述第一侧板。
5、与所述第二侧板组装为所述壳体。17根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述工作流体为水。18根据权利要求17所述的均温板制造方法，其特征是，所述防水层及所述毛细结构权利要求书CN102052864ACN102052871A2/2页3层为与水不发生反应的材料，其材料选择自由铜、黄铜、镍及钛材料所组成的群组。19根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述毛细结构层为粉末式多孔性毛细结构层。20根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述毛细结构层的厚度大于所述防水层的厚度。21根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述防水层的孔隙率小于或等于2。22根据权利。
6、要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述毛细结构层的孔隙率介于30至70之间。23根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，所述底座、所述上盖板、所述第一侧板与所述第二侧板为金属材料，且其材料选择自由铝、铁及不锈钢材料所组成的群组。24根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，形成所述防水层于所述底座、所述上盖板、所述第一侧板与所述第二侧板上的所述步骤经由熔射喷覆成型法来完成。25根据权利要求13所述的均温板制造方法，其特征是，形成所述毛细结构层于所述防水层上的所述步骤经由熔射喷覆成型法来完成。权利要求书CN102052864ACN102052871A1/5页4均温板及其制造方。
7、法技术领域0001本发明涉及散热装置及其制造方法，特别涉及一种以水为工作流体并具有良好散热效果的均温板及其制造方法。背景技术0002近年来，随着电子装置的尺寸往轻薄短小的方向发展，电子装置的散热议题亦逐渐受到重视。在众多的散热装置中，又称为平板式热管FLATPLATEHEATPIPE的均温板VAPORCHAMBER由于具有优异的横向及纵向热传导特性，故已广泛地应用于中央处理器、绘图显示处理器、高功率晶体管、高功率发光二极管等电子装置的散热器，用以确保上述这些电子装置能在正常状态下运行而不会由于过热而故障。0003一般而言，由于铝具有重量轻及成本低等种种优点，因此，传统的均温板大多采用铝合金作为。
8、其主要材料，尤其是航天工业更是大量采用铝质均温板作为热管理系统的元件之一。请参照图1A，图1A所示为传统的铝质均温板的分解图。0004如图1A所示，均温板1包含板体10、第一侧板12、第二侧板14及充填管16。其中，第一侧板12上设置有充填孔120且板体10上设置有沟槽100。均温板1以沟槽100或铝网、不锈钢网作为毛细结构，并通过充填管16将与铝化学性质相容且不发生反应的工作流体例如丙酮、冷媒或液态氨等充填入均温板1内。0005请参照图1B，图1B所示为传统的铝质均温板的剖面视图。如图1B所示，当热源与均温板1的下方接触时，上述接触区域即成为加热区。液态工作流体FC于加热区吸收热源发热量QI。
9、N并蒸发为气态工作流体FH并扩散至均温板1内部的其它区域。当气态工作流体FH接触均温板1的上方的冷却区时，气态工作流体FH即释放出其储存的潜热并冷凝为液态工作流体FC，热量QOUT由冷却区散逸至均温板1外，液态工作流体FC再通过沟槽100等毛细结构所提供的毛细力CAPILLARYFORCE导引回到加热区而完成一次循环过程。因此，传统的铝质均温板1即利用工作流体于液相与气相之间的相变化达到散热的功效。0006请参照图2，图2所示为各种工作流体于不同温度下的热传输能力指数曲线图。如图2所示，于一般的电子装置操作温度30100下，水的热传输能力明显地优于丙酮、液态氨、甲醇及乙醇等工作流体的热传输能力。
10、。0007然而，由于铝质均温板的表面会形成细致而化学性质稳定的氧化铝层，并且铝板与氧化铝层的热膨胀系数分别为231X106/K及7X106/K，由于两者之间的差异甚大，在经过多次冷热循环后，铝板与氧化铝层之间会产生细微的裂缝。若均温板内所采用的工作流体是水，水即会渗入裂缝中并与铝接触而起化学反应，导致均温板失效，因此，传统的铝质均温板仅能采用热传输能力较差但不会与铝反应的工作流体，导致其散热效果较差。0008此外，由于铝质均温板的表面形成了细致而化学性质稳定的氧化铝层，在没有表面金属化处理例如镀镍或利用焊材及助焊剂的情况下，铝质均温板的表面无法与其它粉末状金属接合。此外，由于氧化铝的熔点为20。
11、72，烧结温度为1700远高于铝的熔点660，故亦无法直接以粉末烧结的方式制作铝质均温板内的毛细结构，导致传统的铝质均说明书CN102052864ACN102052871A2/5页5温板均仅能采用网状或沟槽式的毛细结构。然而，沟槽式的毛细结构的热通量HEATFLUX相当小，最多仅达到33W/CM2，并不适合作为发热量大的高功率晶体管的散热用途；至于网状的毛细结构与均温板板材的贴合状态不佳，将会导致均温板的热阻大幅增加，严重影响到均温板的散热效果。发明内容0009因此，本发明的目的是提出一种均温板及其制造方法，以解决上述问题。0010根据本发明的一方面提出一种均温板。所述均温板包含壳体、工作流体。
12、、防水层及毛细结构层。工作流体填充于壳体内。防水层形成于壳体的内壁上。毛细结构层形成于防水层上。0011根据本发明的另一方面提出一种均温板制造方法。于所述制造方法中，首先，提供壳体；接着，形成防水层于壳体的内壁上；然后，形成毛细结构层于防水层上；接着，于壳体内填充工作流体；最后，密封壳体。0012相较于先前技术，本发明所提出的均温板及其制造方法，除了能够保留传统的铝质均温板所具有的成本低及重量轻等优点外，还可通过熔射喷覆技术在铝质均温板的内壁依序形成防水层及粉末式多孔性毛细结构层，使得铝质均温板能够采用于常温下具有较佳热传输能力的水作为其冷却用的工作流体，用以大幅提升铝质均温板的散热效果。此外。
13、，由于形成毛细结构层的材料与水化学性质相容，而不会与水产生化学反应，故毛细结构层的表面并不需再另外镀上防水层，可减少整体厚度并节省材料成本。0013关于本发明的优点与精神可以利用以下的发明详述及附图得到进一步的了解。附图说明0014图1A所示为传统的铝质均温板的分解图。0015图1B所示为传统的铝质均温板的剖面视图。0016图2所示为不同工作流体于不同温度下所对应的热传输能力指数曲线图。0017图3所示为根据本发明的一具体实施例的均温板的分解图。0018图4所示为图3中的底座的外观视图。0019图5所示为图3中的均温板的剖面视图。0020图6所示为图5中的区域R的放大视图。0021图7所示为根。
14、据本发明的另一具体实施例的均温板制造方法的流程图。具体实施方式0022根据本发明的一具体实施例为一种均温板。于实际应用中，上述均温板应用于电子装置的冷却上，并且上述均温板的壳体的材料为与水化学性质不相容的材料，例如铝、铁或不锈钢等金属材料。此外，上述均温板采用水作为其冷却用的工作流体，用以提高其热传输能力并降低其热阻。0023请参照图3，图3所示为根据此实施例的上述均温板的分解图。如图3所示，均温板2包含有上盖板20、底座21、第一侧板22、第二侧板24、充填管26及毛细结构层28。实际上，构成均温板2的壳体的板体数目并不以此实施例中的四个上盖板20、底座21、第一说明书CN102052864。
15、ACN102052871A3/5页6侧板22及第二侧板24为限，端视实际需求而定。其中，第一侧板22上设置有充填孔220，用以通过充填管26将水充填入均温板2内。值得注意的是，当上盖板20、底座21、第一侧板22、第二侧板24及充填管26组装成均温板2的壳体时，将会于均温板2的壳体内部形成一个容置空间，用以容置作为工作流体的水。因此，毛细结构层28以及其下的防水层布满于所有可能与水接触的容置空间的内壁上，亦即布满上盖板20、底座21、第一侧板22及第二侧板24的内表面，如图3所示。0024于此实施例中，底座21以铝挤或压铸成型法制成，而上盖板20、第一侧板22及第二侧板24则以冷锻冲压成型法制。
16、成。实际上，上盖板20、第一侧板22及第二侧板24的制作方法并不仅局限于上述的铝挤、压铸或冷锻冲压等成型法，并且底座、上盖板及两侧板的材料亦不局限于纯铝或铝合金等铝材料，端视实际需求而定。0025至于图4则所示为单独的均温板2的底座21的外观视图，如图3及图4所示，底座21上设置有多个支撑板210，如图4所示的肋板。支撑板210抵持于底座21与上盖板20之间，以加强支撑整个均温板2的结构。至于支撑板210的数目及其设置的位置端视实际需求而定，并无一定的限制。0026请参照图5，图5所示为图三中之均温板的剖面视图，亦即已组装完成的均温板2的剖面视图。如图5所示，形成均温板2的壳体的容置空间S的内。
17、壁亦即上盖板20、底座21及支撑板210的内表面上均覆盖有防水层29，并且于防水层29上方亦覆盖有毛细结构层28。于此实施例中，防水层29及毛细结构层28依序通过熔射喷覆成型法形成于所有可能与水接触的上盖板20、底座21、第一侧板22及第二侧板24的内表面上，但不以此为限。0027于实际应用中，熔射喷覆成型法可以是等离子体熔射喷覆、电弧熔射喷覆、火焰熔射喷覆或高速火焰熔射喷覆等不同形式的熔射喷覆成型法，并且可以在高温或低温环境下进行，而无一定的限制。值得注意的是，上述熔射喷覆成型法所采用的喷覆材料选择与均温板2内的工作流体化学性质相容且不发生反应的金属或陶瓷材料。于此实施例中，由于均温板2采用。
18、水作为工作流体，因此，上述熔射喷覆成型法即采用与水化学性质相容且不发生反应的喷覆材料，例如铜、黄铜、镍或钛等材料作为形成防水层29及毛细结构层28的喷覆材料，但不以此为限。0028于此实施例中，形成防水层29的喷覆材料先被熔融为液状后，再利用高压气体吹出成直径5至200奈米的粉末颗粒并高速喷射堆叠于所有可能与水接触的上盖板20、底座21、第一侧板22及第二侧板24的内表面上形成厚度约10至50微米的防水层29。类似地，形成毛细结构层28的喷覆材料先被熔融为液状后，再利用高压气体吹出成直径35至250微米的粉末颗粒并高速喷射堆叠于防水层29的表面上，形成厚度约01至08毫米的粉末式多孔性毛细结构。
19、层28。0029请参照图6，图6所示为图5中的区域R的放大视图。如图6所示，形成于底座21上的防水层29的厚度远小于形成于防水层29上的毛细结构层28的厚度，并且形成防水层29的粉末颗粒290尺寸远小于形成毛细结构层28的粉末颗粒280尺寸。此外，由于毛细结构层28的孔隙率约介于30至70之间，亦远大于防水层29小于或等于2的孔隙率，故毛细结构层28具有多孔性，并且防水层29能够有效避免水与防水层29下方的铝质底座21接触产生反应。说明书CN102052864ACN102052871A4/5页70030于实际应用中，形成防水层29与毛细结构层28的喷覆材料可以是同一材料例如均为铜，抑或是不同材。
20、料例如分别为镍及黄铜，并无一定的限制，但以同一材料为较佳。0031根据本发明的另一具体实施例为一种均温板制造方法。于实际应用中，上述均温板制造方法所制造的均温板应用于电子装置的冷却上，并且上述均温板之壳体的材料为铝、铁或不锈钢等与水化学性质不相容的材料，亦即上述这些材料有机会与水发生反应而导致失效或效果减低。此外，上述均温板采用水作为其冷却用的工作流体，用以提高其热传输能力并降低其热阻。0032请参照图7，图7所示为上述均温板制造方法的流程图。如图7所示，首先，分别执行步骤S10及S11，以铝挤或压铸成型法制作底座并以冷锻冲压成型法制作上盖板及两侧板。于此实施例中，底座、上盖板及两侧板的材料为。
21、传统的纯铝或铝合金等铝材料。0033实际上，底座、上盖板及两侧板的制作方法并不仅局限于上述的铝挤、压铸或冷锻冲压等成型法，并且底座、上盖板及两侧板的材料亦不局限于纯铝或铝合金等铝材料，端视实际需求而定。此外，底座亦可设置有多个支撑板，当底座、上盖板、第一侧板与第二侧板进行组装时，上述这些支撑板能够抵持于底座与上盖板之间，用以将均温板的壳体内部分隔为多个容置空间，并且能够加强支撑均温板的结构，至于支撑板的数目及其设置的位置则可视实际需求而定。0034接着，执行步骤S12，对与工作流体亦即水接触的表面进行喷砂粗糙化。于上述均温板制造方法中执行上述步骤S12的目的在于事先对于所有可能会与工作流体接触。
22、到的底座、上盖板及两侧板的表面进行喷砂或其它粗糙化处理程序，用以增加上述这些表面的粗糙度，使得后续喷覆于上述这些表面上的喷覆材料的附着力更强。然后，执行步骤S13，对上述这些表面进行超声波清洗去脂的动作，以利后续的喷覆程序。0035接下来，执行步骤S14，以熔射喷覆成型法于上述这些与工作流体接触的表面上形成铜质防水层。于实际应用中，熔射喷覆成型法可以是等离子体熔射喷覆、电弧熔射喷覆、火焰熔射喷覆或高速火焰熔射喷覆等不同形式的熔射喷覆成型法，并且可以在高温或低温下进行，而无一定的限制。0036值得注意的是，于步骤S14中，上述熔射喷覆成型法所采用的喷覆材料选择与均温板内的工作流体化学性质相容且不。
23、发生反应的金属或陶瓷材料。由于本发明采用水作为均温板内的工作流体，因此，上述熔射喷覆成型法即采用与水化学性质相容且不发生反应的材料，例如铜、黄铜、镍或钛等材料作为防水层的喷覆材料。于步骤S14中，喷覆材料先被熔融为液状后，再利用高压气体吹出成直径5至200奈米的粉末颗粒并高速喷射堆叠于上述这些与工作流体接触的表面上，形成厚度约10至50微米的防水层。0037接着，执行步骤S15，以熔射喷覆成型法于上述这些铜质防水层上形成铜质多孔毛细结构层。与步骤S14类似，步骤S15所采用的熔射喷覆成型法亦可以是等离子体熔射喷覆、电弧熔射喷覆、火焰熔射喷覆或高速火焰熔射喷覆等不同形式的熔射喷覆成型法，并且可以。
24、在高温或低温环境下进行，而无一定的限制。此外，步骤S15的熔射喷覆成型法亦采用与水化学性质相容且不发生反应的材料，例如铜、黄铜、镍或钛等材料作为毛细结构层的喷覆材料。0038值得注意的是，步骤S14与步骤S15中所采用的喷覆材料可以是同一材料例如说明书CN102052864ACN102052871A5/5页8形成防水层及毛细结构层的喷覆材料均为铜，抑或是不同材料例如形成防水层的喷覆材料为钛，而形成毛细结构层的喷覆材料为铜，并无一定的限制，但以同一材料为较佳。0039于步骤S15中，喷覆材料先被熔融为液状后，再利用高压气体吹出成直径35至250微米的粉末颗粒并高速喷射堆叠于上述这些防水层的表面上。
25、，形成厚度约01至08毫米的粉末式多孔性毛细结构层。比较步骤S14及S15可知，虽然防水层及毛细结构层均利用熔射喷覆成型法形成，然而，毛细结构层的厚度远大于防水层的厚度，并且喷覆堆叠成毛细结构层的粉末颗粒尺寸亦远大于喷覆堆叠成防水层的粉末颗粒尺寸。至于上述毛细结构层的孔隙率约介于30至70之间亦远大于防水层小于或等于2的孔隙率，故上述毛细结构层具有多孔性，并且防水层能够有效避免水与防水层下方的铝质均温板接触产生反应。0040之后，依序执行步骤S16及S17，先将底座、上盖板及两侧板组装成均温板的壳体后，再以激光焊接或等离子体电弧焊接等方式密封均温板的壳体。由于此时均温板的壳体内部已形成密闭的容。
26、置空间，故可执行步骤S18，充填工作流体亦即水至容置空间内。于实际应用中，均温板亦可进一步于其一侧板上设置有充填管，以利工作流体的充填。最后，依序执行步骤S19及S20，分别抽真空除气密封均温板并对均温板进行性能测试及尺寸检验后，即完成整个均温板制作流程。0041综上所述，相较于先前技术，本发明所提出的均温板及其制造方法，除了能够保留传统的铝质均温板所具有的成本低及重量轻等优点外，还能够通过熔射喷覆技术在铝质均温板的内壁依序形成防水层及粉末式多孔性毛细结构层，使得铝质均温板能够采用于常温下热传输能力较佳的水作为其冷却用的工作流体，用以大幅提升铝质均温板的散热效果。此外，由于形成毛细结构层的材料。
27、与水化学性质相容，不会与水产生化学反应，故毛细结构层的表面并不需再另外镀上防水层，可减少整体厚度并节省材料成本。0042利用以上较佳具体实施例的详述，希望能更清楚描述本发明的特征与精神，并非以上述所揭露的较佳具体实施例对本发明的保护范围加以限制。相反，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所附权利要求书所限定的范围内。说明书CN102052864ACN102052871A1/7页9图1A说明书附图CN102052864ACN102052871A2/7页10图1B说明书附图CN102052864ACN102052871A3/7页11图2说明书附图CN102052864ACN102052871A4/7页12图3说明书附图CN102052864ACN102052871A5/7页13图4图5说明书附图CN102052864ACN102052871A6/7页14图6说明书附图CN102052864ACN102052871A7/7页15图7说明书附图CN102052864A。