均温板的制作方法

1.本技术涉及一种导热装置，特别是一种均温板。


背景技术：

2.2002年，y.avenas等人提出以平板式热管作为均温板(vapor chamber)，均温板是一种能将点热源的热量传递至大面积部件进行散热的装置，利用封闭于均温板的腔体内的工作流体的相变化及流动传热，将热能扩散至冷凝端散发热量，并以毛细结构将内部工作流体导回至热源处，进而实现快速热传导及热扩散。
3.均温板的构造基本上包括：毛细结构、容器及工作流体三个部份。已知的均温板多使用铜板、铝板或不锈钢板制作其外壳，例如已公布的中国实用新型专利授权公告号cn202354019u的“铝均温板”。以铜板制作的均温板为例，传统均温板的制造方法基本上先将铜板冲压成型为预定尺寸，并制作上、下盖的微结构，已知形成微结构的技术包括：机械加工(如cnc加工)、喷砂、冷熔射喷覆和喷焊，再将上、下盖接合(例如使用扩散接合)制成具有腔体的容器，在容器预留注水口以供后续抽真空及填充工作流体(通常为纯水)使用，待工作流体填充至预计水量即封闭注水口确保腔体的真空度。
4.由于电子产品的轻薄化趋势，均温板也相应需要轻薄化，传统使用铜板或铝板制作的均温板，使用薄的铜板或铝板制作均热板的外壳(或称上、下盖)并形成腔体，很容易因外力而弯曲变形；另一方面需要在腔体的内侧制作适当的支撑结构，避免腔体在抽真空的制程中产生塌陷或损坏，传统在铜板或铝板制作支撑结构除了可以利用机械加工之外，针对极薄的薄型均温板，例如已公开的中国发明专利申请公布号cn 106376214a的“薄型均温板”，提出使用蚀刻制程在腔体的内侧制作支撑结构或其他微结构。然而前述已知用于制作毛细结构或是支撑结构的喷砂、冷熔射喷覆、喷焊和蚀刻等多种方法的制程较多且复杂，除了增加制造成本也容易造成污染。


技术实现要素：

5.基于解决上述的技术问题，本技术的主要目的在于提供一种均温板。
6.基于解决现有技术使用蚀刻工艺及上述的其他问题，本技术提出的均温板的一种实施例构造包括：
7.一下壳体，是由一金属复合板制成，下壳体具有分别位于相对两侧的第一表面和第二表面，金属复合板的结构包含一金属基材以及复合于金属基材的一侧表面的铜金属层，第一表面至少具有一平直面用以和热源接触，下壳体的边缘向外延伸有下半管部，下半管部具有从第二表面朝向第一表面的方向凹陷的第一沟槽；
8.一上壳体，使用所述的金属复合板制成，上壳体具有分别位于相对两侧的第三表面和第四表面，上壳体的边缘向外延伸有上半管部，上半管部的位置与下半管部对应，上半管部具有从第三表面朝向第四表面的方向凹陷的第二沟槽，下壳体的第二表面的外围与上壳体的第三表面的外围密合连接，在下壳体和上壳体之间形成中空的腔体，下半管部和上
半管部的两侧边缘互相密合连接共同构成与腔体的内部连通的金属管，腔体内抽真空后切除多余的金属管并将金属管的管口封闭以形成真空且密封的腔体；
9.一支撑构件，配置于腔体之中，支撑构件介于第二表面和第三表面之间用以支撑起真空且密封的腔体；以及
10.一工作流体，填充于真空且密封的腔体之内。
11.其中均温板的厚度为1.0～6.0mm，金属复合板的金属基材包括：不锈钢和铝基碳化硅金属基复合材料其中的任一种，金属复合板的厚度为0.05～3.0mm，其中铜金属层的厚度是金属复合板的厚度的5％～50％。
12.其中金属基材作为下壳体的第一表面以及上壳体的第四表面，铜金属层作为下壳体的第二表面以及上壳体的第三表面，支撑构件是通过冲压工艺形成的多个突起物，该些突起物形成于第二表面和第三表面其中的任一者或全部，突起物是锥形体，任二个相邻的该突起物的底端之间具有一间距，突起物的最大宽度和间距的比例为1:1～1:0.5。
13.其中金属基材作为下壳体的第一表面以及上壳体的第四表面，铜金属层作为下壳体的第二表面以及上壳体的第三表面，支撑构件是铜金属网，铜金属网附着于腔体的内侧表面。
14.其中铜金属层作为下壳体的第一表面以及上壳体的第四表面，金属基材作为下壳体的第二表面以及上壳体的第三表面，支撑构件是铜金属网，铜金属网附着于腔体的内侧表面。
15.其中下壳体是平直的板状，上壳体具有从第三表面朝向第四表面的方向凹陷的第二凹陷部，第二凹陷部和下壳体共同构成腔体，所述的外围围绕在第二凹陷部的周围。
16.其中上壳体是平直的板状，下壳体具有从第二表面朝向第一表面的方向凹陷的第一凹陷部，第一凹陷部和上壳体共同构成腔体，所述的外围围绕在第一凹陷部的周围。
17.其中下壳体具有从第二表面朝向第一表面的方向凹陷的第一凹陷部，所述的外围围绕在第一凹陷部的周围；上壳体具有从第三表面朝向第四表面的方向凹陷的第二凹陷部，所述的外围围绕在第二凹陷部的周围，第一凹陷部和第二凹陷部共同构成腔体。
18.本技术提出的均温板的另一种实施例构造包含：
19.一下壳体，是由三层金属复合板制成，三层金属复合板的结构包含金属基材以及复合于金属基材的相对两侧表面的第一铜金属层和第二铜金属层，金属基材介于第一铜金属层和第二铜金属层之间，下壳体具有分别位于相对两侧的第一表面和第二表面，第一铜金属层作为第一表面，第二铜金属层作为第二表面，第一表面至少具有一平直面用以和热源接触，下壳体的边缘向外延伸有下半管部，下半管部具有从第二表面朝向第一表面的方向凹陷的第一沟槽；
20.一上壳体，使用所述的三层金属复合板制成，上壳体具有分别位于相对两侧的第三表面和第四表面，第一铜金属层作为第三表面，第二铜金属层作为第四表面，上壳体的边缘向外延伸有上半管部，上半管部的位置与下半管部对应，上半管部具有从第三表面朝向第四表面的方向凹陷的第二沟槽，下壳体的第二表面的外围与上壳体的第三表面的外围密合连接，在下壳体和上壳体之间形成中空的腔体，下半管部和上半管部的两侧边缘互相密合连接共同构成与腔体的内部连通的金属管，腔体内抽真空后切除多余的金属管并将金属管的管口封闭以形成真空且密封的腔体；
21.一支撑构件，配置于腔体之中，支撑构件介于第二表面和第三表面之间用以支撑起真空且密封的腔体；以及
22.一工作流体，填充于真空且密封的腔体之内。
23.其中均温板的厚度为1.0～6.0mm，其中三层金属复合板的金属基材包括：不锈钢和铝基碳化硅金属基复合材料其中的任一种，三层金属复合板的厚度为0.05～3.0mm，其中第一铜金属层和第二铜金属层的厚度相同，第一铜金属层和第二铜金属层的总厚度是三层金属复合板的厚度的5％～50％。
24.其中支撑构件是铜金属网，铜金属网附着于腔体的内侧表面。
25.其中形成于第二表面的突起物的末端抵顶于第三表面，突起物的末端具有一帽头。
26.其中形成于第三表面的突起物的末端抵顶于第二表面，突起物的末端具有一帽头。
27.其中形成于第二表面以及形成于第三表面的突起物的末端互相抵顶。
28.本技术均温板的优点及功效在于，本技术使用金属复合板制作均温板的腔体，金属复合板的铜金属层可以通过冲压工序形成多个支撑构件，不需要采用复杂、具污染性及高成本的蚀刻工艺，金属复合板的金属基材能够提供足够的结构强度。
29.有关本技术的其它功效及实施例的详细内容，配合图式说明如下。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
31.图1是本技术均温板的一种实施例的分解构造示意图；
32.图2是图1的实施例的部分构造图，绘示其中下壳体的正面构造示意图；
33.图3a是本技术均温板的下壳体、上壳体以及支撑构件的第一种实施例的构造示意图，其中下壳体和上壳体分离；
34.图3b是图3a绘示的实施例的断面构造示意图(断面的方向如图2a-a所示)及其局部放大图，其中下壳体和上壳体密合连接；
35.图4是本技术均温板的下壳体、上壳体以及支撑构件的第二种实施例的断面构造示意图及其局部放大图；
36.图5a是本技术均温板的下壳体、上壳体以及支撑构件的第三种实施例的构造示意图，其中下壳体和上壳体分离；
37.图5b是图5a绘示的实施例的断面构造示意图及其局部放大图，其中下壳体和上壳体密合连接；
38.图6a是本技术均温板的下壳体、上壳体以及支撑构件的第四种实施例的构造示意图，其中下壳体和上壳体分离；
39.图6b是图6a绘示的实施例的断面构造示意图及其局部放大图，其中下壳体和上壳体密合连接；
40.图7是本技术均温板的一种实施例的断面构造示意图及其局部放大图，其中绘示支撑构件的另一种实施方式；
41.图8是本技术均温板的第二种实施例的断面构造示意图及其局部放大图；
42.图9是本技术均温板的第三种实施例的断面构造示意图，其中用于制作上壳体和下壳体的金属复合板具有三层结构；
43.图10是本技术均温板的第四种实施例的断面构造示意图，其中用于制作上壳体和下壳体的金属复合板具有三层结构。
44.符号说明
45.10下壳体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
11第一表面
46.12第二表面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
13下半管部
47.131第一沟槽
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
20上壳体
48.21第三表面
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
22第四表面
49.23上半管部
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
231第二沟槽
50.30突出部
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
31帽头
51.40金属网
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
50金属管
52.60工作流体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
b外围
53.c腔体
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
d间距
54.w宽度
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
m中间层
具体实施方式
55.在下文的实施方式中所述的位置关系，包括：上，下，左和右，若无特别指明，皆是以图式中组件绘示的方向为基准。
56.本技术提出的均温板的一种实施例构造基本上包括：下壳体10、上壳体20(见图1)、支撑构件以及工作流体60(表示于图7)，依据下文及图式的各种实施例，均温板的整体厚度为1.0～6.0mm。
57.首先请参阅图1是本技术均温板的一种实施例的分解构造示意图，同时请参阅图2是图1的实施例的正面构造示意图(其中上壳体20因位于下壳体10的背面故以虚线绘示)。本技术均温板的一种实施例的下壳体10和上壳体20都是由一种具有双层结构的金属复合板制成，金属复合板的结构包含一金属基材以及复合于所述的金属基材的一侧表面的一铜金属层。
58.其中金属基材包括：不锈钢以及铝基碳化硅(al/sic)金属基复合材料(metal matrix composites,mmc)其中的任一种。al/sic金属基复合材料是选用金属基(铝)和陶瓷是强化材(sic.碳化硅)通过粉末冶金技术烧结，然后压制成板材后再和铜金属层通过滚轧工艺制成的金属复合板。一般而言，al/sic金属基复合材料其中铝和碳化硅的组成比例为1:1，意即al/sic金属基复合材料中的铝和碳化硅各占50％，而且铝合金中均匀分散sic粒子，具有更加优异物理特性，包括：轻量高刚性(与铝同等密度，刚性为1.6倍)，热膨胀率小(比铜热膨胀更小)，以及热传导率高(是普通铸造材料的1.4倍)。本技术的一种优选实施例构造，均温板的厚度为1.0～6.0mm，具有双层结构的金属复合板的金属基材包括：不锈钢和铝基碳化硅金属基复合材料其中的任一种，金属复合板的厚度为0.05～3.0mm，其中金属复
合板的铜金属层的厚度是金属复合板的厚度的5％～50％。优选的，具有双层结构的金属复合板的金属基材和铜金属层的厚度比为1:1。可以使均温板具有较佳的结构强度，相较于传统完全使用铜或铝金属制造的薄型均温板，使用具有双层结构的金属复合板制作而成的均温板能更好地承受外力而不会轻易地弯曲变形。
59.请参阅图1，下壳体10具有分别位于相对两侧的一第一表面11和一第二表面12，第一表面11至少具有一平直面用以和热源接触，下壳体10的边缘向外延伸有一下半管部13，下半管部13具有从第二表面12朝向第一表面11的方向凹陷的一第一沟槽131；上壳体20具有分别位于相对两侧的一第三表面21和一第四表面22，上壳体20的边缘向外延伸有一上半管部23，上半管部23的位置与下半管部13对应，上半管部23具有从第三表面21朝向第四表面22的方向凹陷的一第二沟槽231，下壳体10的第二表面12的外围b与上壳体20的第三表面21的外围b密合连接(例如使用扩散接合或是雷射焊接连接)，在下壳体10和上壳体20之间形成中空的一腔体c，其中上半管部23和下半管部13是通过冲压工艺形成，下半管部13和上半管部23的两侧边缘互相密合连接共同构成与腔体c的内部连通的一金属管50，金属管50的管口作为对腔体c抽真空和填充工作流体60的入口，依序是先将腔体c抽至低真空状态，然后在腔体c填充工作流体60(优选的工作流体60是纯水)至预定的容量，填充完毕后切除多余的金属管50，再以焊接工艺封闭金属管50的管口确保腔体c内的真空度，均温板即制造完成，其中工作流体60填充于腔体c之内(表示于图7)。
60.将均温板设置于热源(例如电子装置的微处理器)上，热会通过下壳体10传导进入腔体c并使其内部的工作流体60吸热而汽化成为蒸汽并充满腔体c，蒸气接触到均温板的温度较低的冷凝端时，蒸气会释放所吸收的热量并重新凝结为液状，之后通过毛细结构的导引再回流到热源处，如此在腔体c内进行汽相-液相的循环变化，达到带走热量以及均匀分散热量的功效。
61.在使用具有双层结构的金属复合板制作均温板的下壳体10和上壳体20的实施例中，其中支撑构件的形状及其构造包含几种不同优选的实施例，配合图3a至图7说明如下。其中具有双层结构的金属复合板的金属基材作为下壳体10的第一表面11以及上壳体20的第四表面22，铜金属层作为下壳体10的第二表面12以及上壳体20的第三表面21。支撑构件配置于腔体c之中，支撑构件介于第二表面12和第三表面21之间用以支撑起真空且密封的腔体c。支撑构件的一种实施方式是通过冲压工艺形成的多个突起物30，这些突起物30形成于第二表面12和第三表面21其中的任一者或全部，这些突起物30彼此间隔地排列并且均匀地分布在腔体c之中，任二个相邻的突起物30的底端之间具有一间距d(其中突起物30的底端是指突起物30与下壳体10的第二表面12的连接处，或是突起物30与上壳体20的第三表面21的连接处)。
62.突起物30的功能之一在于避免腔体c在抽真空的制程中，构成腔体c的下壳体10和上壳体20产生塌陷或损坏；突起物30的另一功能亦可作为均温板的毛细结构，只要所述的间距d适当，液态的工作流体60就能吸附于突起物30的底端，进而保证工作流体60能尽可能地附着在腔体c的内侧表面，继而在吸热后蒸发为汽态达到导热及散热的效果。优选的，突起物30是锥形体，其中突起物30的底部较寛(宽度为w)，突起物的末端(远离第二表面12或第三表面21的一端)相对较窄，突起物30的最大宽度w和间距d的比例为1:1～1:0.5，可以增加腔体c的容积，进而提高均温板的腔体c内的工作流体60的容量，可以降低烧干(dry out)
的现象发生的机率。
63.请参阅图3a和图3b是本技术均温板的下壳体10、上壳体20以及支撑构件的第一种实施例的构造示意图。下壳体10是平直的板状，上壳体20具有从第三表面21朝向第四表面22的方向凹陷的一第二凹陷部(用以在下壳体10和上壳体20互相密合连接后形成腔体c)，外围b围绕在第二凹陷部的周围。突起物30是通过冲压工艺形成于下壳体10的第二表面12，突起物30的末端抵顶于上壳体20的第三表面21。
64.在图4的第二种实施例中，下壳体10是平直的板状，上壳体20具有从第三表面21朝向第四表面22的方向凹陷的一第二凹陷部(用以形成腔体c)，外围b围绕在第二凹陷部的周围。和图3b的区别在于，其中突起物30是通过冲压工艺形成于上壳体20的第三表面21，突起物30的末端抵顶于下壳体20的第二表面12。
65.在图5a和图5b的第三种实施例中，上壳体20是平直的板状，下壳体10具有从第二表面12朝向第一表面11的方向凹陷的一第一凹陷部(用以形成腔体c)，外围b围绕在第一凹陷部的周围。其中形成于第二表面12的突起物30的末端抵顶于上壳体20的第三表面21。
66.在图6a和图6b的第四种实施例中，下壳体10具有从第二表面12朝向第一表面11的方向凹陷的一第一凹陷部，外围b围绕在第一凹陷部的周围；上壳体20具有从第三表面21朝向第四表面22的方向凹陷的一第二凹陷部，外围b围绕在第二凹陷部的周围，第一凹陷部和第二凹陷部共同构成所述的腔体c。其中形成于下壳体10的第二表面12以及形成于上壳体20的第三表面21的突起物30的末端互相抵顶。
67.请参阅图7，其中绘示了通过冲压工艺形成的多个突起物30的另一种实施例构造，和图3b的区别在于，其中形成于第二表面12的突起物30是较为细长的锥形体，这些突起物30的末端抵顶于第三表面21，其中突起物的末端具有一帽头31，可以通过对突起物30的末端挤压或冲压形成所述的帽头31。帽头31可以引导在第三表面21凝结的液态的工作流体60流回至突起物30的底端，进而保证工作流体60能尽可能地附着在腔体c的内侧表面，继而在吸热后蒸发为汽态达到导热及散热的效果。
68.在图8的实施例中，具有双层结构金属复合板的金属基材作为下壳体10的第一表面11以及上壳体20的第四表面22，铜金属层作为下壳体10的第二表面12以及上壳体20的第三表面21，和图3b的区别在于，其中第二表面12和第三表面21是平直面，所述的支撑构件是铜金属网40，铜金属网40附着于腔体c的内侧表面，例如通过烧结工艺将铜金属网40绕结于腔体c的内侧表面，铜金属网40的功能之一在于避免腔体c在抽真空的制程中，构成腔体c的下壳体10和上壳体20产生塌陷或损坏；铜金属网40的另一功能亦可作为均温板的毛细结构。
69.在本技术的进一步实施方式，其中图8中的下壳体10的第一表面11以及上壳体20的第四表面22也可以是铜金属层，下壳体10的第二表面12以及上壳体20的第三表面21是金属基材。
70.请参阅图9是本技术均温板的第三种实施例的断面构造示意图，和图3b的区别在于，其中用于制作上壳体20和下壳体10的金属复合板是一种三层金属复合板。三层金属复合板的结构包含一金属基材以及复合于所述的金属基材的相对两侧表面的一第一铜金属层和一第二铜金属层，同样地，金属基材可以是不锈钢以及铝基碳化硅金属基复合材料其中的任一种，金属基材介于第一铜金属层和第二铜金属层之间，下壳体10具有分别位于相
对两侧的一第一表面11和一第二表面12，第一铜金属层作为第一表面11，第二铜金属层作为第二表面12；上壳体20具有分别位于相对两侧的第三表面21和第四表面22，第一铜金属层作为第三表面21，第二铜金属层作为第四表面22，较硬的金属基材作为下壳体10和上壳体20的中间层m。这种使用三层金属复合板制作的均温板，其中的下壳体10、上壳体20以及支撑构件的形状及其构造，可以比照前述图3a至图8的几种不同实施方式变换，例如图9其中的支撑构件是通过冲压工艺形成的多个突起物30；例如图10其中的支撑构件是铜金属网40。
71.作为一种较佳的实施例，其中三层金属复合板的金属基材包括：不锈钢和铝基碳化硅金属基复合材料其中的任一种，三层金属复合板的厚度为0.05～3.0mm，三层金属复合板的第一铜金属层和第二铜金属层的厚度相同，其中三层金属复合板的第一铜金属层和第二铜金属层的总厚度是三层金属复合板的厚度的5％～50％。
72.以上所述的实施例及/或实施方式，仅是用以说明实现本技术技术的较佳实施例及/或实施方式，并非对本技术技术的实施方式作任何形式上的限制，任何本领域技术人员，在不脱离本技术内容所公开的技术手段的范围，当可作些许的更动或修饰为其它等效的实施例，但仍应视为与本技术实质相同的技术或实施例。