均温板的制作方法

1.本发明涉及散热领域，尤其涉及一种均温板。


背景技术：

2.根据现代化需求，计算机与各种电子器件发展快速且效能不断地提升，但在此过程中，高效能的硬件所带来的散热问题也随之而来。一般而言，计算机与各种电子器件通常会使用散热元件来进行散热，例如使用散热膏或散热片来贴附于欲散热的电子元件上，以将热吸出并逸散。然而，此种散热方式效果有限，因而发展出使用工作流体的相变化来促进热传导的散热元件。
3.上述的散热元件借由工作流体的相变化及流动方向来达到传输热量的目的，例如工作流体在毛细结构上的流动方向与工作流体变成蒸气后的蒸气流的流动方向互为相反，但为一循环方向。然而，现有的散热元件仍存有工作流体与蒸气流在同一通道空间内流动而有容易相互干扰的问题，尤其是当蒸气流的剪应力大于工作流体的表面张力时，位于交界面处的工作流体会发生飞散现象，甚或是工作流体夹带蒸气流而逆向回流，导致热传输效率不佳。
4.因此，如何提供一种可解决上述问题的均温板，是目前业界所亟待克服的课题之一。


技术实现要素：

5.本发明的一目的在于提供一种均温板，可使工作流体分别在液体通道及气流通道流动而不会互相干扰，以提高阻隔及热传输效率。
6.本发明的均温板定义有对应一发热源的一蒸发区及至少一冷凝区，该均温板包括第一基板、导流层、多个液体通道、第二基板及工作流体。导流层设于该第一基板上，并具有多个第一开孔及多个第二开孔，其中，该多个第一开孔的位置对应该蒸发区及该冷凝区，该多个第二开孔的位置未对应该蒸发区及该冷凝区，且该多个第一开孔的尺寸不同于该多个第二开孔的尺寸；多个液体通道形成于该第一基板及该导流层之间；第二基板，设于该导流层上方，以在该导流层及该第二基板之间形成气流通道；以及工作流体，填充于该多个液体通道内，该工作流体在该蒸发区吸收该发热源的热量后气化，且经气化的该工作流体通过对应该蒸发区的每个该第一开孔而沿该气流通道移动到该冷凝区，且在该冷凝区中冷凝及液化，经液化的该工作流体通过对应该冷凝区的每个该第一开孔后再沿着该多个液体通道流回该蒸发区。
7.前述的均温板中，该多个第一开孔的设置密度大于该多个第二开孔的设置密度。
8.前述的均温板中，该多个第一开孔的孔径与该多个第一开孔之间的间距的比例为1：1。
9.前述的均温板中，该多个第二开孔的孔径与该多个第二开孔之间的间距的比例范围为1：2至1：4。
10.前述的均温板中，该多个第一开孔的尺寸大于该多个第二开孔的尺寸。
11.前述的均温板中，该多个第一开孔的孔径范围为0.01mm至0.3mm，且该多个第二开孔的孔径范围为0.005mm至0.2mm。
12.前述的均温板中，该多个液体通道为凹陷于该第一基板的表面的多个沟槽，或为颗粒烧结体、金属网体或其组合。
13.前述的均温板中，该多个沟槽的宽度范围为0.03mm至0.3mm，且其中，该多个沟槽的深度范围为0.01mm至0.15mm。
14.前述的均温板中，该多个沟槽通过湿式蚀刻形成。
15.前述的均温板中，该多个沟槽为长条形、弧形、方形或具有指向性的外形。
16.前述的均温板中，该具有指向性的外形为对应该冷凝区的部分的宽度大于对应该蒸发区的部分的宽度。
17.前述的均温板中，该导流层的厚度范围为0.005mm至0.05mm。
18.前述的均温板中，还包括至少一具有多个通孔的薄膜层，其设于该导流层与该第一基板之间，其中，对应于该多个第一开孔的位置的该多个通孔的尺寸大于所对应的该多个第一开孔的尺寸。
19.前述的均温板中，还包括多个薄膜层，其彼此堆叠于该导流层与该第一基板之间，其中，该多个薄膜层各具有多个通孔，且该多个薄膜层的其中一个所具有的多个通孔未完全对准该多个薄膜层的另一个所具有的多个通孔。
20.前述的均温板中，该多个通孔为十字形、三角形、星形、规则多边形或不规则多边形。
21.前述的均温板中，还包括至少一薄膜层，其设于该导流层与该第二基板之间并接触该导流层及该第二基板，其中，该薄膜层内设有该气流通道。
22.本发明的另一目的在于提供一种均温板，包括：基板；导流层，设于该基板上，并具有第一开孔及第二开孔；以及至少一液体通道，形成于该基板及该导流层之间；其中，该均温板定义有对应一发热源的蒸发区、至少一冷凝区以及该蒸发区与该冷凝区之间的至少一绝热区；其中，该第一开孔的位置对应该蒸发区及该冷凝区，该第二开孔的位置对应于该绝热区，且该第一开孔的尺寸不同于该第二开孔的尺寸。
23.前述的均温板中，该第一开孔的设置密度大于该第二开孔的设置密度。
24.前述的均温板中，该第一开孔的孔径与该第一开孔彼此之间的间距的比例为1：1。
25.前述的均温板中，该第二开孔的孔径与该第二开孔彼此之间的间距的比例范围为1：2至1：4。
26.前述的均温板中，该第一开孔的孔径大于该第二开孔的孔径。
27.前述的均温板中，该第一开孔的孔径范围为0.01mm至0.3mm，且该第二开孔的孔径范围为0.005mm至0.2mm。
28.前述的均温板中，该液体通道为凹陷于该基板的表面的沟槽，或为颗粒烧结体、金属网体或其组合。
29.前述的均温板中，该沟槽的宽度范围为0.03mm至0.3mm，且其中，该沟槽的深度范围为0.01mm至0.15mm。
30.前述的均温板中，该沟槽通过湿式蚀刻形成。
31.前述的均温板中，该沟槽为长条形、弧形、方形或具有指向性的外形。
32.前述的均温板中，该具有指向性的外形为对应该冷凝区的部分的宽度大于对应该蒸发区的部分的宽度。
33.前述的均温板中，该导流层的厚度范围为0.005mm至0.05mm。
34.前述的均温板中，还包括至少一具有通孔的薄膜层，设于该导流层与该基板之间，其中，对应于该第一开孔的位置的通孔的孔径大于所对应的该第一开孔的孔径。
35.前述的均温板中，还包括多个薄膜层，其彼此堆叠于该导流层与该基板之间，其中，该多个薄膜层各具有多个通孔，且该多个薄膜层的其中一个所具有的多个通孔未完全对准该多个薄膜层的另一个所具有的多个通孔。
36.前述的均温板中，该多个通孔为十字形、三角形、星形、规则多边形或不规则多边形。
37.前述的均温板中，还包括至少一薄膜层，其设于该导流层上，其中，该薄膜层内设有气流通道。
附图说明
38.图1a为本发明均温板的使用示意图。
39.图1b为本发明均温板的分解示意图。
40.图2为本发明均温板的剖面示意图。
41.图3为本发明均温板中导流层的一表面示意图。
42.图4为本发明均温板中导流层的第一开孔的实施示意图。
43.图5为本发明均温板中导流层的第二开孔的实施示意图。
44.图6a至图6b为本发明均温板中液体通道的不同实施例的局部上视示意图。
45.图7为本发明均温板的另一实施例的剖面示意图。
46.图8a为本发明均温板中多个薄膜层的一实施例的分解示意图。
47.图8b及图8c为本发明均温板的多个薄膜层堆叠前后的通孔对应的示意图。
48.图9a为本发明均温板的再一实施例的剖面示意图。
49.图9b为图9a中的薄膜层的上视示意图。
50.附图标记如下：
51.1:均温板
52.11:第一基板
53.111:蒸发区
54.112:冷凝区
55.113:绝热区
56.114:液体通道
57.115、115a、115b:柱体
58.12:导流层
59.121:第一开孔
60.122:第二开孔
61.13:第二基板
62.131、181:气流通道
63.132:支撑柱
64.133:内表面
65.14:工作流体
66.141:液化后的工作流体
67.142:气化后的工作流体
68.15、16、17、18:薄膜层
69.151、152、161、171、161’、171’:通孔
70.1611、1612、1613、1614、1711、1712、1713、1714:端部
71.2:发热源
72.d1、d2:孔径
73.p1、p2:间距。
具体实施方式
74.以下借由特定的具体实施例加以说明本发明的实施方式，而熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本发明的其他优点和功效，也可借由其他不同的具体实施例加以施行或应用。
75.请参阅图1a、图1b、图2及图3，本发明的均温板1包括第一基板11、导流层12及第二基板13，而本发明的均温板1可接触至少一发热源2，而该均温板1可定义出对应发热源2的蒸发区111与至少一冷凝区112，以及除了蒸发区111及冷凝区112之外的绝热区113。以下是以一个发热源2、一个蒸发区111、一个冷凝区112及一个绝热区113来作说明，但本发明并不以此为限。要先说明的是，图2是以省略图1b中的柱体115及支撑柱132来绘制，其目的在于为了清楚说明工作流体14的流动方向。
76.第一基板11与导流层12之间可形成有多个液体通道114，用以填充工作流体14。于一实施例中，液体通道114可为颗粒烧结体、金属网体、沟槽或其组合所形成，其中，颗粒烧结体是指以金属粉末烧结所形成的具有多个毛细孔或相连通孔洞的组织或结构，而金属网体则是指以金属编织成的具有多个网目的编织网。另外，如图1b所示，所谓的沟槽是指使用湿式蚀刻于第一基板11的表面上而蚀刻出凹陷于第一基板11的表面的多个柱体115，多个柱体115彼此之间的间隙可构成相互连通的多个沟槽，以令工作流体14填充于其中。
77.于一实施例中，沟槽的宽度范围为0.03mm至0.3mm也就是各柱体115之间的间隔)，深度范围为0.01mm至0.15mm(也就是各柱体115的高度，或是自第一基板11的表面所凹陷的深度)，但本发明并不以此为限，且本发明也不限制沟槽的数量(即不限制柱体的数量)。
78.于另一实施例中，本发明均温板1可根据需求而同时具有不同宽度及深度的沟槽，例如可设置大多数为较小宽度的沟槽(例如宽度为0.05至0.1mm)，同时可特定设置一较大宽度(例如为0.1至0.5mm)的沟槽，使得此较大宽度的沟槽可容纳较多工作流体14，而其他较小宽度的沟槽可用来提供较强的毛细力，增加传输效能。如图6a所示，柱体115a(或柱体115b)彼此之间的宽度较小，而柱体115a与柱体115b之间的宽度较大。
79.于另一实施例中，沟槽的宽度及深度可依据第一基板11的总厚度而有所不同。例如，在第一基板11的总厚度为0.05mm至0.1mm时，沟槽的宽度范围可为0.05mm至0.2mm，深度
范围可为0.03mm至0.08mm。在第一基板11的总厚度为0.12mm至0.2mm时，沟槽的宽度范围可为0.08mm至0.3mm，深度范围可为0.05mm至0.15mm。在第一基板11的总厚度为0.02mm至0.05mm时，沟槽的宽度范围可为0.03mm至0.1mm，深度范围可为0.01mm至0.04mm。但本发明并不限于上述第一基板11的总厚度及沟槽的宽度与深度范围。
80.于另一实施例中，液体通道114可有各种不同实施方式。如图6b所示，液体通道114也可为具有指向性的外形，例如为梯形，即液体通道114对应冷凝区112的部分的宽度(柱体115a与柱体115b之间的宽度)大于对应蒸发区111的部分的宽度(柱体115a与柱体115b之间的宽度)，此将使在冷凝区112的工作流体14可更容易流向蒸发区111。另外，液体通道114也可为长条形、弧形或方形等，只需要通过柱体115之间不同的配置方式即可形成，但本发明并不以此为限。
81.导流层12设于第一基板11及液体通道114上，并具有多个第一开孔121及多个第二开孔122，第一开孔121及第二开孔122皆贯穿导流层12的二表面。于一实施例中，第一开孔121及第二开孔122可使用蚀刻、激光雕刻、冲孔等工艺来形成，而使导流层12形成网孔结构，但本发明并不以此为限。另外，第一开孔121的位置对应蒸发区111及冷凝区112，第二开孔122的位置对应绝热区113，即第二开孔122的位置不会在蒸发区111及冷凝区112。另外，第一开孔121的尺寸(孔径)不同于第二开孔122的尺寸(孔径)。
82.于一实施例中，第一开孔121的尺寸(孔径)大于第二开孔122的尺寸(孔径)，例如，第一开孔121的孔径范围可为0.01mm至0.3mm，而第二开孔122的孔径范围可为0.005mm至0.2mm，使得第一开孔121可透气透水，而第二开孔122可透气但不透水，但本发明并不以此为限。另外，导流层12的厚度范围可为0.005mm至0.05mm，最佳为0.025mm以下，但本发明并不以此为限。
83.于一实施例中，第一开孔121设置在第一基板11上的密度可大于第二开孔122设置于第一基板11上的密度。例如，对应蒸发区111的第一开孔121的设置密度可大于对应绝热区113的第二开孔122的设置密度。另外，对应蒸发区111及冷凝区112的第一开孔121的设置密度可同时大于对应绝热区113的第二开孔122的设置密度，也可仅对应蒸发区111及冷凝区112中其中一个的第一开孔121的设置密度大于对应绝热区113的第二开孔122的设置密度，本发明并不以此为限。
84.请参阅图4，第一开孔121的设置密度可借由第一开孔121的孔径及第一开孔121之间的间距来决定，例如，第一开孔121的孔径d1与各第一开孔121之间的间距p1的比例为1：1，但本发明并不以此为限。
85.请参阅图5，第二开孔122的设置密度可借由第二开孔122的孔径及第二开孔122之间的间距来决定，例如，第二开孔122的孔径d2与各第二开孔122之间的间距p2的比例范围为1：2至1：4，但本发明并不以此为限。
86.第二基板13设于导流层12上，且由于第二基板13的内表面133形成有凹陷于该内表面133的多个支撑柱132，故于导流层12及第二基板13的各支撑柱132之间可形成气流通道131。于一实施例中，如图1b及图2所示，第二基板13可接置第一基板11并以支撑柱132抵接导流层12，以第二基板13的一部分密封第一基板11的一部分，使得工作流体14可完全密封在液体通道114内，并令支撑柱132具备加强支撑气流通道131的功能。
87.于一实施例中，第一基板11及第二基板13的材质可为铜、银、铝、钢、钛或其合金、
不锈钢等高导热性金属，而导流层12的材质可为纯铜、铜合金、石墨等耐高温材料，但本发明并不以此为限。如第一基板11、第二基板13及导流层12的材质皆为铜，还可利用烧结方式融合成一体。
88.本发明的均温板1在使用时，如图2所示，工作流体14在蒸发区111吸收发热源2的热量后气化，气化后的工作流体142通过对应蒸发区111的第一开孔121到达气流通道131，并沿着气流通道131移动到冷凝区112。之后，气化后的工作流体142可在冷凝区112进行冷凝(等待降温)，并液化于导流层12的表面，而液化后的工作流体141可借由表面张力作用被吸入位于冷凝区112的导流层的第一开孔121中并接着到达液体通道114，再沿着液体通道114流回蒸发区111并可再次受热气化，以完成一整个散热循环。
89.于一实施例中，可根据使用状况来设定冷凝区112的数量为一个或多个，也可根据发热源2的数量来设定蒸发区111的数量，只要冷凝区112与蒸发区111之间有液体通道114及气流通道131相互连通即可，本发明并不以此为限。
90.请参阅图7，本发明的均温板1可还包括至少一薄膜层15，该薄膜层15设于导流层12与第一基板11之间，并具有多个通孔151、152。对应第一开孔121的位置的通孔151的尺寸，大于所对应的第一开孔121的尺寸，而对应第二开孔122的位置的通孔152的尺寸，可约等于所对应的第二开孔122的尺寸。如此一来，在蒸发区111的工作流体14可先通过较大的通孔151后，再进入相对较小的第一开孔121，此结构有利于毛细现象(即通孔151作为液体通道114在蒸发区111的延伸结构)。相同地，在冷凝区112中已气化的工作流体14经冷凝及液化后，先通过较小的第一开孔121，再进入相对较大的通孔151，最后到达液体通道114，此结构将有利于冷凝现象(即通孔151作为液体通道114在冷凝区112的延伸结构)。在本实施例中，薄膜层15可为一层或多层，其材质可为纯铜、铜合金、石墨等耐高温材料，且薄膜层15的材质与厚度可相同或不同于导流层12，但本发明并不以此为限。在多层的情形，邻近第一基板11的薄膜层中的通孔尺寸将大于远离第一基板11的薄膜层中的通孔尺寸，以使各层薄膜层中的通孔呈现金字塔结构，来强化毛细现象及冷凝现象，也可具备支撑作用。通孔151、152使用蚀刻、激光雕刻、冲孔等工艺来形成，但本发明并不以此为限。
91.请参阅图8a、图8b及图8c，其为图7所示均温板1的不同实施例，且图8a仅绘制与图7的不同处，即仅绘制薄膜层16、17及导流层12。换言之，本实施例是以薄膜层16、17替换图7中的薄膜层15，其余结构相同于图7而不再绘制及赘述，其中，薄膜层16、17并不限定为2层，也可为3层以上，其材质可为纯铜、铜合金、石墨等耐高温材料，且薄膜层16、17的材质与厚度可相同或不同于导流层12，但本发明并不以此为限。在本实施例中，薄膜层16、17彼此堆叠于导流层12与第一基板12之间，且薄膜层16、17各具有多个通孔161、171，多个通孔161贯穿薄膜层16相对的上下表面，多个通孔171贯穿薄膜层17相对的上下表面，而通孔161未完全对准或部分重叠通孔171与导流层12的第一开孔121与第二开孔122。详细而言，如图8b及图8c所示，通孔161具有端部1611、1612、1613、1614，而通孔171具有端部1711、1712、1713、1714，前述所谓的通孔161未完全对准或部分重叠通孔171，是指该通孔161未完全一致连通该通孔171，如图8c所示，通孔161仅端部1611部分与通孔171的端部1714连通，而通孔161仅端部1612部分与通孔171的端部1713连通，这使得液体通道114通往导流层12的路径将会更长，有利于储存更多的工作流体14。另外，通孔171还可以与其他通孔161’的端部连通，且通孔161也可与其他通孔171’连通，换言之，通孔161、171可同时连通多个其他通孔，以增加液
体通道114通往导流层12的路径。另外，通孔161也未完全对准或部分重叠导流层12的第一开孔121与第二开孔122，如通孔161的尺寸可大于第一开孔121或第二开孔122的尺寸，或是单个通孔161可同时对应至多个第一开孔121或多个第二开孔122(例如通孔161的端部1611、1612、1613、1614各对应至不同的第一开孔121或第二开孔122等等)，但本发明并不以此为限。
92.上述实施例中，通孔161、171使用蚀刻、激光雕刻、冲孔等工艺来形成，通孔161、171的孔径大于第一开孔121，且通孔161、171彼此孔径相同或通孔171的孔径大于通孔161的孔径，但本发明并不以此为限。
93.上述实施例中，通孔161、171以十字形作为示例，但本发明并不以此为限，通孔161、171也可为三角形、星形、规则多边形或不规则多边形。
94.请参阅图9a及图9b，其为本发明均温板的再一实施例。与图2所示的实施例相较，图9a的实施例大致与图2的实施例相同，其不同处在于导流层12与第二基板13之间可再设置薄膜层18，且第二基板13的内表面133不再设置支撑柱132。由于不再设置支撑柱132，故薄膜层18接触导流层12及第二基板13，且其内部设有气流通道181，如此一来，薄膜层18可具备支撑气流通道181的功能，其中，气流通道181可为该颗粒烧结体、该金属网体、沟槽或其组合所形成。在本实施例中，图9b所示的气流通道181的宽度可为2mm，数量可为多个(非仅限于图9b中的三个)，但本发明并不以此为限。
95.于一实施例中，薄膜层18可为单一层或多层，本发明并不以此为限。在多层薄膜层18的实施例中，气流通道181可借由在多层薄膜层18中彼此连通的通孔来形成。另外，本发明的均温板1除了可分别单独使用图7、图8a及图9a的实施例之外，也可同时使用，即均温板1内同时设有薄膜层15、16、17、18的任意组合，本发明并不以此为限。此外，本发明的导流层12与薄膜层15、16、17、18为片状材(薄片)，本发明并不以此为限。
96.本发明上述各种实施例的均温板1中导流层12的薄化设计，可使均温板1的厚度降至0.25mm以下，较佳为0.2mm以下，本发明并不以此为限。
97.借由本发明均温板中导流层有不同尺寸的开孔设计，使得蒸发区及冷凝区有较大或较密集的第一开口设计，可使工作流体气化及液化并穿透第一开口，而非蒸发区及非冷凝区有较小或较稀疏的第二开口设计，可使气化或液化后的工作流体不会穿透第二开口，有效地使工作流体分别在液体通道及气流通道流动而不会互相干扰，可提高阻隔及热传输效率，使非蒸发区及非冷凝区更接近理论值上的绝热区。此外，由于导流层直接设置在液体通道上，除了可使所设置的沟槽尺寸更小来提供更强的毛细力之外，更可在真空抽气阶段不会抽走过量的工作流体，提高了实用性。
98.上述实施形态仅为例示性说明本发明的技术原理、特点及其功效，并非用以限制本发明的可实施范畴，本领域技术人员均可在不违背本发明的精神与范畴下，对上述实施形态进行修饰与改变。然任何运用本发明所教示内容而完成的等效修饰及改变，均仍应为本发明的权利要求范围所涵盖。而本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。