一种超薄均热板及其制作方法

申请号 CN201610044404.X 申请日 2016-01-22 公开(公告)号 CN105658032B 公开(公告)日 2019-06-04
申请人 白鹏飞; 陈平; 发明人 白鹏飞; 陈平;
摘要 本 发明 公开了一种超薄均热板及其制作方法,包括盖板和 底板 ,在底板的内表面上设有凹腔,使盖板和底板之间形成处于 真空 状态的空腔,在空腔中设有附着在凹腔底面上的毛细芯结构,毛细芯结构由用于连接盖板与底板并作为其间热量和 工作 流体 流动通道的第一毛细结构层和用于工作流体流动扩散的第二毛细结构层组成,第一毛细结构层由若干散布在底板凹腔中的圆球形金属颗粒组成,金属颗粒的直径与空腔的高度相同,第二毛细结构层为大 比表面积 空隙状结构,且与盖板之间具有用于气体流动的间隙,金属颗粒嵌入第二毛细结构层中并与盖板和底板熔接成一体。本发明减小了均热板的厚度、可弯曲形变、 散热 效率高,简化了制造工艺,成本低廉,适宜大规模生产。
权利要求

1.一种超薄均热板,包括于周缘密封连接的盖板和底板,其特征在于:在所述底板的内表面上设有凹腔,使盖板和底板之间形成处于真空状态的空腔,在所述空腔中设有附着在凹腔底面上的毛细芯结构,所述毛细芯结构由用于连接盖板与底板并作为其间热量和工作流体流动通道的第一毛细结构层和用于工作流体流动扩散的第二毛细结构层组成,所述第一毛细结构层由若干随机散布在底板凹腔中的圆球形金属颗粒组成,所述金属颗粒的直径与空腔的高度相同以使其支撑在盖板与底板之间,所述第二毛细结构层为大比表面积空隙状结构,且与盖板之间具有用于气体流动的间隙,所述金属颗粒嵌入第二毛细结构层中并与盖板和底板熔接成一体;所述第二毛细结构层由若干散布在底板凹腔中的小粒径的金属颗粒组成,所述小粒径金属颗粒的平均粒径小于空腔高度的1/2,且处于第一毛细结构层的金属颗粒之间的间隙中;所述盖板为平板,所述底板的边缘外翻成折边,所述盖板的周缘焊接在所述底板的折边上以连接盖板和底板;所述第一毛细结构层的金属颗粒的直径为50~
300微米;所述小粒径金属颗粒的平均粒径为5~100微米;所述第一毛细结构层的金属颗粒的数量和小粒径金属颗粒的数量之比是1/100~1/10。
2.根据权利要求1所述的超薄均热板,其特征在于:所述第二毛细结构层采用至少一层金属网,所述金属网与凹腔相适配并逐层铺设在所述底板的凹腔底面上,所述第一毛细结构层的金属颗粒散布在位于最顶层的金属网上并向下将金属网压在底板上。
3.根据权利要求2所述的超薄均热板,其特征在于:所述盖板为平板,所述底板的边缘为外翻的折边,所述盖板的周缘焊接在所述底板的折边上以连接盖板和底板,在所述盖板的内表面上铺设至少一层金属网,第一毛细结构层的金属颗粒位于最底层的金属网的下方并向上将金属网压在盖板上。
4.根据权利要求3所述的超薄均热板,其特征在于:所述金属网的厚度小于0.15mm,金属网网孔的孔径为5~100微米。
5.根据权利要求1或4所述的超薄均热板,其特征在于:所述空腔的内表面、第一毛细结构层和第二毛细结构层的表面均涂覆有亲涂层。
6.根据权利要求5所述的超薄均热板,其特征在于:所述超薄均热板的厚度大于或等于
0.2mm且小于0.6mm。
7.一种权利要求1所述的超薄均热板的制作方法,其特征在于包括以下步骤:
⑴分别制作盖板和具有凹腔的底板,同时预留除气口;
⑵将第一毛细结构层的圆球形金属颗粒与第二毛细结构层的小粒径金属颗粒相混后散布到底板的凹腔中;
⑶将盖板扣合在底板凹腔的开口上形成均热板半成品;
烧结均热板半成品,使得金属颗粒、盖板和底板熔接在一起;
⑸将盖板与底板的周缘焊接形成一具有除气口的腔体;
⑹通过除气口向腔体内填充工作流体;
⑺从除气口抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态;
⑻封堵除气口并焊接密封制成超薄均热板。
8.一种权利要求2所述的超薄均热板的制作方法,其特征在于包括以下步骤:
⑴分别制作盖板和具有凹腔的底板,同时预留除气口;
⑵将至少一层金属网逐层铺设在底板凹腔的底面上;
⑶将第一毛细结构层的圆球形金属颗粒散布到位于最顶层的金属网上;
⑷将盖板扣合在底板凹腔的开口上形成均热板半成品;
⑸烧结均热板半成品,使得圆球形金属颗粒、金属网、盖板和底板熔接在一起,同时圆球形金属颗粒将金属网压在底板上;
⑹将盖板与底板的周缘焊接形成一具有除气口的腔体;
⑺通过除气口向腔体内填充工作流体;
⑻从除气口抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态;
⑼封堵除气口并焊接密封制成超薄均热板。

说明书全文

一种超薄均热板及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种均热板,尤其涉及一种超薄均热板,还涉及该超薄均热板的制作方法。

背景技术

[0002] 现今电子产品的运算速度越来越快,而同时又要求产品的尺寸尽可能小。尤其是智能手机,其厚度越来越薄,不断挑战着厚度极限,这就需要在手机内有限的空间中将大量的热散发出去。
[0003] 目前,传热效率最好的材料是液体相变传热的热管或均热板。液体相变传热热管的热阻比金属材料的热阻低几十甚至上百倍,是当今电子产品中最佳的散热组件。而均热板比热管的散热效率更高,因此,均热板正逐步取代热管成为高端CPU和GPU的必选散热组件。
[0004] 现有的均热板为一平面板状物,上下各有一盖(盖板与底板)相互密合。均热板是一个内部具有微细结构的真空腔体,其内有铜柱支撑。均热板上下两板状体通常以无铜为材质,以纯工作流体,毛细结构以铜粉烧结或铜网之工艺制作。均热板在实际应用时,在平板上任两点所测得温度差可小于10℃以内,较热管对热源的传导效果更均匀,均热板之名亦因此而来。均热板工作时,热源热量由底板外部传导至内部腔体,腔体底面为多孔结构,吸附有工作液体,工作液体受热汽化蒸汽迅速布满整个腔体,盖板的上表面一般安装有散热热沉,散热热沉可将热量迅速散发到周围环境,因此,盖板的温度低于相变温度,腔体中的蒸汽在盖板内表面冷却凝结为液体,又通过连接盖板与底板的结构回流到腔体底面的多孔结构中,从而完成整个循环。
[0005] 但是,现有的均热板存在以下缺陷
[0006] ⑴均热板工作时,其腔体内部的液体汽化导致压远高于大气压,因此,为了避免均热板鼓胀,传统的均热板设有专的加强筋连接盖板和底板,如此,提高了制造成本,不适宜大规模生产。
[0007] ⑵传统均热板的盖板和底板的内表面均需烧结铜粉多孔结构,同时要保留中部空腔作为蒸汽扩散的通道,为了连接盖板和底板还需要设置专门的支撑结构,这样,不但制作工艺复杂,而且由于设置了专门的支撑结构和加强筋,使得均热板较厚,现有的均热板所能达到的最小厚度是0.6mm。
[0008] ⑶由于现有的均热板较厚,若均热板发生弯曲形变,会破坏其中的毛细芯结构,从而影响传热性能。
[0009] 当前,智能手机等轻薄、高性能电子产品对厚度尺寸的要求最高,因此迫切需要研发厚度更薄、性能更好的均热板,然而如何将均热板的厚度进一步减小,这是本领域目前亟待解决的技术难题。

发明内容

[0010] 本发明的第一个目的在于提供一种结构简单、可大大简化制作工艺、能够弯曲形变且不影响传热性能、散热效率高、制作成本低并适宜大规模生产的超薄均热板。
[0011] 本发明的第一个目的通过以下的技术措施来实现:一种超薄均热板,包括于周缘密封连接的盖板和底板,其特征在于:在所述底板的内表面上设有凹腔,使盖板和底板之间形成处于真空状态的空腔,在所述空腔中设有附着在凹腔底面上的毛细芯结构,所述毛细芯结构由用于连接盖板与底板并作为其间热量和工作流体流动通道的第一毛细结构层和用于工作流体流动扩散的第二毛细结构层组成,所述第一毛细结构层由若干散布在底板凹腔中的圆球形金属颗粒组成,所述金属颗粒的直径与空腔的高度相同以使其支撑在盖板与底板之间,所述第二毛细结构层为大比表面积空隙状结构,且与盖板之间具有用于气体流动的间隙,所述金属颗粒嵌入第二毛细结构层中并与盖板和底板熔接成一体。
[0012] 本发明所述的大比表面积空隙状结构是空隙状结构,该结构在同样体积的情况下表面积越大越好。
[0013] 本发明采用直径与空腔高度相同的圆球形金属颗粒在空腔中随机散布,通过固相烧结,将圆球形的金属颗粒与底板和盖板烧结在一起,起到连接底板和盖板,控制均热板厚度并加强结构的作用,从而不需要在空腔内专门设置加强筋和支撑结构,而且金属颗粒比表面积大,又可提供毛细力,作为盖板与底板之间的热量和工作流体流动的通道,使得多孔毛细结构和支撑结构结合在了一起,不但可使均热板的厚度在现有均热板厚度基础上减小,而且简化了制造工艺,成本低廉,适宜大规模生产;同时第二毛细结构层作为工作液体流动扩散的载体,第二毛细结构层与盖板之间保持一定间隙作为气体流动的腔室,散热效率高。另外,由于本发明的厚度较薄,即使弯曲形变也不会破坏毛细芯结构,因此,对传热性能并无影响,使得本发明能够广泛应用于智能手机等轻薄、高性能电子产品。
[0014] 作为本发明的一种实施方式,所述第二毛细结构层由若干散布在底板凹腔中的小粒径的金属颗粒组成,所述小粒径的金属颗粒的平均粒径小于空腔高度的1/2,且处于第一毛细结构层的金属颗粒之间的间隙中。
[0015] 作为本发明的一种优选实施方式,所述盖板为平板,所述底板的边缘外翻成折边,所述盖板的周缘焊接在所述底板的折边上以连接盖板和底板;所述第一毛细结构层的金属颗粒的直径为50~300微米,优选为80~200微米;所述小粒径金属颗粒的平均粒径为5~100微米,优选为10~50微米;所述第一毛细结构层的金属颗粒的数量和小粒径金属颗粒的数量之比是1/100~1/10。
[0016] 作为本发明的另一种实施方式,所述第二毛细结构层采用至少一层金属网,所述金属网与凹腔相适配并逐层铺设在所述底板的凹腔底面上,所述第一毛细结构层的金属颗粒散布在位于最顶层的金属网上并向下将金属网压在底板上。
[0017] 作为本发明的一种改进,所述盖板为平板,所述底板的边缘为外翻的折边,所述盖板的周缘焊接在所述底板的折边上以连接盖板和底板,在所述盖板的内表面上铺设至少一层金属网,第一毛细结构层的金属颗粒位于最底层的金属网的下方并向上将金属网压在盖板上。
[0018] 本发明所述第一毛细结构层的金属颗粒的直径为50~300微米,优选为80~200微米;所述金属网的厚度小于0.15mm,金属网网孔的孔径为5~100微米,优选为10~50微米。
[0019] 作为本发明的一种改进,所述空腔的内表面、第一毛细结构层和第二毛细结构层的表面均涂覆有亲水涂层,可进一步增强毛细作用力。
[0020] 本发明所述超薄均热板的厚度大于或等于0.2mm且小于0.6mm。
[0021] 本发明的第二个目的在于提供一种上述超薄均热板的制作方法。
[0022] 本发明的第二个目的通过以下的技术措施来实现:一种上述超薄均热板的制作方法,其特征在于包括以下步骤:
[0023] ⑴分别制作盖板和具有凹腔的底板,同时预留除气口;
[0024] ⑵将第一毛细结构层的圆球形金属颗粒与第二毛细结构层的小粒径的金属颗粒相混后散布到底板的凹腔中;
[0025] ⑶将盖板扣合在底板凹腔的开口上形成均热板半成品;
[0026] ⑷烧结均热板半成品,使得金属颗粒、盖板和底板熔接在一起,同时圆球形金属颗粒将金属网压在底板上;
[0027] ⑸将盖板与底板的周缘焊接形成一具有除气口的腔体;
[0028] ⑹通过除气口向腔体内填充工作流体;
[0029] ⑺从除气口抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态;
[0030] ⑻封堵除气口并焊接密封制成超薄均热板。
[0031] 本发明的第三个目的在于提供另一种上述超薄均热板的制作方法。
[0032] 本发明的第三个目的通过以下的技术措施来实现:一种上述超薄均热板的制作方法,其特征在于包括以下步骤:
[0033] ⑴分别制作盖板和具有凹腔的底板,同时预留除气口;
[0034] ⑵将至少一层金属网逐层铺设在底板凹腔的底面上;
[0035] ⑶将第一毛细结构层的圆球形金属颗粒散布到位于最顶层的金属网上;
[0036] ⑷将盖板扣合在底板凹腔的开口上形成均热板半成品;
[0037] ⑸烧结均热板半成品,使得圆球形金属颗粒、金属网、盖板和底板熔接在一起,同时圆球形金属颗粒将金属网压在底板上;
[0038] ⑹将盖板与底板的周缘焊接形成一具有除气口的腔体;
[0039] ⑺通过除气口向腔体内填充工作流体;
[0040] ⑻从除气口抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态;
[0041] ⑼封堵除气口并焊接密封制成超薄均热板。
[0042] 与现有技术相比,本发明具有如下显著的效果:
[0043] ⑴本发明采用直径与空腔高度相同的圆球形金属颗粒在空腔中随机散布,通过固相烧结,将圆球形的金属颗粒与底板和盖板烧结在一起,起到连接底板和盖板,控制均热板厚度并加强结构的作用,从而不需要在空腔内专门设置加强筋和支撑结构,而且金属颗粒比表面积大,又可提供毛细力,作为盖板与底板之间的热量和工作流体流动的通道,使得多孔毛细结构和支撑结构结合在了一起,不但可使均热板的厚度在现有均热板厚度基础上减小,而且简化了制造工艺,成本低廉,适宜大规模生产。
[0044] ⑵圆球形金属颗粒作为盖板与底板之间的热量和工作流体流动的通道,而第二毛细结构层作为工作液体流动扩散的载体,第二毛细结构层与盖板之间保持一定间隙作为气体流动的腔室,散热效率高。
[0045] ⑶由于本发明的厚度较薄,即使弯曲形变也不会破坏毛细芯结构,因此,对传热性能并无影响。
[0046] ⑷本发明结构简单、实用性强,使得本发明能够广泛应用于智能手机等轻薄、高性能电子产品。附图说明
[0047] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0048] 图1是本发明实施例1的剖视结构图之一;
[0049] 图2是本发明实施例1的结构示意图(打开盖板);
[0050] 图3是本发明实施例1的结构爆炸图;
[0051] 图4是本发明实施例1的剖视结构图之二;
[0052] 图5是本发明实施例2的剖视结构图;
[0053] 图6是本发明实施例3的剖视结构图。

具体实施方式

[0054] 实施例1
[0055] 如图1~4所示,一种超薄均热板,包括于周缘密封连接的盖板1和底板2,在底板2的内表面上设有凹腔21,使盖板1和底板2之间形成处于真空状态的空腔,在本实施例中,盖板1为平板,在其它实施例中,盖板1也可以具有凹腔,底板2的边缘外翻成折边22,盖板1的周缘焊接在底板2的折边上以连接盖板1和底板2;在空腔中设有附着在凹腔21底面上的毛细芯结构,毛细芯结构由用于连接盖板1与底板2并作为其间热量和工作流体流动通道的第一毛细结构层和用于工作流体流动扩散的第二毛细结构层组成,第一毛细结构层由若干散布在底板2凹腔21中的圆球形金属颗粒3组成,金属颗粒3的直径与空腔的高度相同以使其支撑在盖板1与底板2之间,第二毛细结构层为大比表面积空隙状结构,且与盖板1之间具有用于气体流动的间隙,金属颗粒3嵌入第二毛细结构层中并与盖板1和底板2熔接成一体构成超薄均热板,超薄均热板的厚度大于或等于0.2mm且小于0.6mm。
[0056] 在本实施例中,第二毛细结构层由若干散布在底板2凹腔21中的小粒径的金属颗粒4组成,小粒径金属颗粒4的平均粒径小于空腔高度的1/2,且处于第一毛细结构层的金属颗粒3之间的间隙中。第一毛细结构层的金属颗粒3的直径为50~300微米,优选为80~200微米;小粒径的金属颗粒4的平均粒径为5~100微米,优选为10~50微米;第一毛细结构层的金属颗粒3的数量和小粒径的金属颗粒4的数量之比是1/100~1/10。在空腔的内表面、第一毛细结构层的金属颗粒3和第二毛细结构层的小粒径的金属颗粒4表面均涂覆有亲水涂层,可进一步增强毛细作用力。
[0057] 本发明在实际使用时,热源优选与底板2紧密接触,散热热沉优选与盖板1紧密接触,底板2、盖板1和金属颗粒3、4由导热性能好的铜、铝、镍等金属材料制成,并优选铜材料制成。
[0058] 参见图1,本发明的工作原理是:超薄均热板工作时,底板2底面为受热端,其直接与热源芯片接触,盖板1为冷却端,其上面与热沉之类的冷却装备接触。超薄均热板是一个底板2内表面上具有凹腔且在凹腔内设有小粒径金属颗粒4构成的毛细结构和金属颗粒3构成的真空腔体,当热量Q1由热源传导至受热端时,底板2内壁面上的工质A会在低真空度的环境中发生液相汽化的现象,工质因相变现象可携带大量潜热并且体积迅速膨胀充满整个腔体,当成为气态的工质B接触到盖板1时遇冷时产生凝结现象,凝结过程中会释放出气态工质携带的所有热量Q2。工质凝结后形成液态工质C沿着金属颗粒3表面再回到蒸发热源处,此循环在超薄均热板的腔体内周而复始的进行。
[0059] 一种上述超薄均热板的制作工艺,包括以下步骤:
[0060] ⑴分别制作盖板1和具有凹腔21的底板2,同时预留除气口5;
[0061] ⑵将第一毛细结构层的圆球形金属颗粒3与第二毛细结构层的小粒径的金属颗粒4相混后散布到底板2的凹腔21中,混合时,按照第一毛细结构层的金属颗粒3的数量和小粒径的金属颗粒4的数量之比是1/100~1/10进行均匀混合;
[0062] ⑶将盖板1扣合在底板2凹腔21的开口上形成均热板半成品;
[0063] ⑷烧结均热板半成品,使得金属颗粒3、4、盖板1和底板2熔接在一起;
[0064] ⑸将盖板1与底板2的周缘焊接形成一具有除气口5的腔体;
[0065] ⑹通过除气口5向腔体内填充工作流体;
[0066] ⑺从除气口5抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态;
[0067] ⑻封堵除气口5并焊接密封形成超薄均热板。
[0068] 实施例2
[0069] 如图5所示,本实施例与实施例1的不同之处在于:第二毛细结构层不同,在本实施例中,第二毛细结构层采用金属网6,在本实施例中,金属网6为一层,且金属网6与凹腔21相适配并铺设在底板2的凹腔21底面上,第一毛细结构层的金属颗粒3散布在金属网6上并向下将金属网6压在底板2上。在其它实施例中,第二毛细结构层可采用两层以上的金属网,金属网与凹腔相适配并逐层铺设在底板的凹腔底面上,第一毛细结构层的金属颗粒散布在最顶层的金属网上并向下将金属网压在底板上,各金属网的目可以相同,也可以不同。金属网6的厚度小于0.15mm,金属网6网孔的孔径为5~100微米,优选为10~50微米。
[0070] 一种上述超薄均热板的制作工艺,包括以下步骤:
[0071] ⑴分别制作盖板1和具有凹腔21的底板2,同时预留除气口5;
[0072] ⑵将一层金属网6铺设在底板2凹腔21的底面上;
[0073] ⑶将第一毛细结构层的圆球形金属颗粒3散布到金属网6上;
[0074] ⑷将盖板1扣合在底板2凹腔21的开口上形成均热板半成品;
[0075] ⑸烧结均热板半成品,使得圆球形金属颗粒3、金属网6、盖板1和底板2熔接在一起,同时圆球形金属颗粒3将金属网6压在底板2上;
[0076] ⑹将盖板1与底板2的周缘焊接形成一具有除气口5的腔体;
[0077] ⑺通过除气口5向腔体内填充工作流体;
[0078] ⑻从除气口5抽取腔体中的空气使腔体处于真空状态;
[0079] ⑼封堵除气口5并焊接密封制成超薄均热板。
[0080] 实施例3
[0081] 如图6所示,本实施例与实施例2的不同之处在于:在盖板1的内表面上还铺设有一层金属网7,第一毛细结构层的金属颗粒3位于金属网7的下方并向上将金属网7压在盖板1上,此时,位于底板2的凹腔底面上的金属网6和位于盖板1的内表面上的金属网7相对共同挤压金属颗粒3。在其它实施例中,在盖板的内表面上可以铺设两层以上的金属网,第一毛细结构层的金属颗粒位于最底层的金属网的下方并向上将金属网压在盖板上。
[0082] 本实施例的制作方法与实施例2的制作方法的不同之处在于:在将盖板1扣合在底板2凹腔21的开口上形成均热板半成品之前,在盖板1的内表面上也铺设一层金属网7,烧结均热板半成品,使得圆球形金属颗粒、金属网6、7、盖板1和底板2熔接在一起,同时圆球形金属颗粒3将金属网6、7分别压在底板2和盖板1上,之后再将盖板1与底板2的周缘焊接形成一具有除气口5的腔体。
[0083] 本发明的实施方式不限于此,根据本发明的上述内容,按照本领域的普通技术知识和惯用手段,在不脱离本发明上述基本技术思想前提下,本发明的第二毛细结构层、盖板及底板的具体形状等还有其它的实施方式;因此,本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更,均落在本发明权利保护范围之内。
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