TWI858855B - 均溫板結構 - Google Patents
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Abstract
一種均溫板結構，係包含：一鋁質上板、一鋁質下板、一工作流體、複
數微米等級凹槽；該鋁質上板具有一第一側及一第二側，該鋁質下板具有一第三側及一第四側；該鋁質上、下板係對應蓋合形成一氣密腔室並填充有一工作流體，該等微米等級凹槽係直接以向上凸設及或向下凹設其中任一以上成型於該第三側表面構形有複數小水漥，藉以提升該氣密腔室內的工作流體沸騰效率以增加整體汽液循環效能，並防止低溫環境內部工作液體結冰之均溫板結構者。
Description
一種均溫板結構，尤指一種具有薄型化且兼具低溫環境下防止工作液體結冰的均溫板結構。
均溫板係為一種常見的導熱元件，其透過兩相流之原理提供一種可以迅速導熱熱傳導之工作，均溫板內部具有工作流體(水、冷媒、甲醇、丙酮、液氨等)，均溫板外殼主要材質常選用銅或不鏽鋼等材質，因為其內部的工作流體發生相變潛熱機制來進行熱傳導，其傳導能力達到10000c/w，其超導能力在電子、航空、軍工、石化等行業得到很好的應用。
近年來晶片封裝的熱流密度越來越高，當晶片功耗能到1000W，熱流密度250W/cm2，且晶片熱點問題，這對VC的發熱阻要求就更加嚴苛，如何降低VC內部的發熱熱阻便是兩相流產品設計的主要重點區域。
當發熱源功率較高時，需要更大體積或較大面積的含有均溫板之散熱模組來進行解熱，然而該等散熱模組若以銅及不鏽鋼材料製成，其整體之重量十分的重，壓迫在PCB板或晶片上容易產生壓裂損毀此外更要考量的是使用環境的問題，在低溫環境下內部工作流體必須選擇能在低溫環境下啟動與工作，並且更必須防止其結冰等問題，更需注意的是應用環境溫度變化循環導致內部工作液體結冰導致均溫板殼體材料膨脹造成破裂等問題。
以及針對均溫板中如何提升內部工作流體的沸騰速度從而降低蒸發熱阻，以及如何增加蒸發後之氣泡如何容易從毛細結構中脫離達到良好的換熱目的，皆為該項業者首中之目的。
爰此，為有效解決上述之問題，本發明之主要目的，係提供一種質輕、結構強度佳且可應用於低溫環境時內部工作流體不產生結冰現象，並同時可以提升內部工作流體的沸騰速度從而降低蒸發熱阻的均溫板結構。
為達上述之目的，本發明係提供均溫板結構，具有一鋁質上板、一鋁質下板、一工作流體、複數微米等級凹槽；
所述鋁質上板具有一第一側及一第二側；該鋁質下板具有一第三側及一第四側；該鋁質上、下板對應蓋合形成一氣密腔室並填充有一工作流體，該等微米等級凹槽係直接以向上凸設及或向下凹設其中任一以上成型於該第三側表面構形有複數小水漥，藉以提升及提速該氣密腔室內的工作流體沸騰效率，增加整體汽液循環效能，並防止低溫環境內部工作液體結冰之均溫板結構者。
11:鋁質上板
111:第一側
112:第二側
12:鋁質下板
121:第三側
122:第四側
123:蒸發區域
13:氣密腔室
14:微米等級凹槽
14a:凸肋
15:支撐體
第1圖係為本發明之均溫板結構第一實施例立體分解圖；第2圖係為本發明之均溫板結構第一實施例組合剖視圖；第3圖係為本發明之均溫板結構第一實施例另一立體分解圖。
本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。
請參閱第1、2、3圖，係為本發明之均溫板結構立體分解及組合圖，如圖所示，本發明均溫板結構，係包含：一鋁質上板11、一鋁質下板12、一工作流體2、複數微米等級凹槽14；所述鋁質上板11具有一第一側111及一第二側112，該第一、二側111、112分別設置於該鋁質上板11的上、下兩側。
所述鋁質下板12具有一第三側121及一第四側122，該第三、四側121、122分別設置於該鋁質下板12的上、下兩側，所述鋁質下板12之第三側121具有一蒸發區域123，該第四側122對應該蒸發區域123之處與至少一發熱源(圖中未示)接觸進行熱傳導，該鋁質上、下板11、12對應蓋合，即所述鋁質上板11之第二側112與該鋁質下板12之第四側122對應蓋合形成一氣密腔室13並填充有一工作流體(圖中未示)。
該等微米等級凹槽14寬度200-300um，深度30~50um，該等微米等級凹槽14係直接於該第三側121表面的蒸發區域123以向上凸設及或向下凹設(採陰或陽刻印的方式)其中任一方式構形一以上複數小水漥(坑、池、洞、塘)形成具有可容納液體的複數小空間，藉以加速沸騰速度以提升該氣密腔室13內的工作流體2沸騰效率，大幅增加整體汽液循環效能。
該等微米等級凹槽14係為長方形、菱形、正方形、圓形、梯形、三角形等幾合形狀，並且該等微米等級凹槽14彼此可等距或非等距排列，又或者相鄰或不相鄰不連接或緊鄰連接等方式設置。
複數支撐體15係為柱狀結構其可為獨立體(二端分別連接第二側及第三側)或直接由第三側向上凸起，並令凸起之一端連接該鋁質上板11之第二側112，另外該支撐體15可與該等微米等級凹槽14選擇相連接或錯位配置者。
參閱第3圖，該等微米等級凹槽14係位於該第三側121，並沿該第三側121之橫向及縱向上凸伸複數凸肋14a，且該等凸肋14a係相互交錯形成該等微米等級凹槽14；或該等凸肋14a直接於該第三側121直接凸起並以環繞方式(如小圓圈或小矩框圈或其他形式幾何形狀形成的小型封閉區域)(如第3圖所示)構成所述微米等級凹槽14；或該等微米等級凹槽14係於該第三側121直接向下凹陷複數凹坑所形成，而該等凸肋14a或凹坑係透過直接於該第三側121表面以除料或壓印所形成，所述微米等級凹槽14係可透過傳統加工或非傳統加工進行加工，該傳統加工係為車床、銑床、鉋床、磨床、沖床、壓床等，所述非傳統加工係為雷射加工、放電加工、蝕刻加工、3D列印等。
並針對與發熱源(圖中未示)直接對應的主要蒸發區域123，選擇將該等微米等級凹槽14以較為密集緊密之方式排列設置，進而提升池沸騰的效率，而主要蒸發區域123外的其餘部位可以等距或非等距的方式排列設置該等微米等級凹槽14。
該所述微米等級凹槽14上更具有一毛細結構層(圖中未示)，所述毛細結構層係為燒結粉末體或編織網目或纖維體，並透過焊接或擴散接合或燒結之方式設置於該微米等級凹槽14上方並緊密結合。
本發明主要透過選擇選用鋁材質作為均溫板上、下板的主要材料，近一步解決傳統習知銅材質或不鏽鋼材質過重所衍生之問題，並且鋁材質之材料特性，可防止均溫板在低溫環境使用下內部工作流體產生結冰等問題。
當該鋁質下板受熱時，會使液體狀態的工作流體轉化為蒸氣後向上擴散，並由於該微米等級凹槽的設置，使其形成的小水坑(複數小凹坑或複數小水窪)，將原鋁質下板與該工作流體所接觸之大區域部位劃分為複數小區域，而這些小區域可增加該鋁質下板中工作流體受熱後小“核點”的水加速或快速沸騰(核沸
騰現象)，而令該工作流體蒸發產生的汽泡得以快速脫離並蒸發，形成了池式沸騰與流動沸騰之現象，增加氣密腔室內部工作流體的兩相劇烈變化，則本案均溫板結構內部不同於習知均溫板的地方在於，本案均溫板結構內同時具有池式沸騰、膜沸騰、流動沸騰等沸騰相變化，進而可加速兩相流變化的熱傳現象，使均溫板可立即或瞬間快速提供均溫效果現象，相較於習知僅透過毛細結構所提供的傳統蒸發及膜狀沸騰熱傳效率更為顯著，故本發明相較於傳統均溫板另外可提供一種可產生劇烈的相變而增加潛熱換熱的能力者。
11:鋁質上板
111:第一側
112:第二側
12:鋁質下板
121:第三側
122:第四側
14:微米等級凹槽
14a:凸肋
15:支撐體
Claims (8)
- 一種均溫板結構，係包含：一鋁質上板，具有一第一側及一第二側；一鋁質下板，具有一第三側及一第四側，該鋁質上、下板對應蓋合形成一氣密腔室並填充有一工作流體，複數微米等級凹槽，該等微米等級凹槽係直接於該第三側表面向下凹設具有可容納液體的複數小空間，該等微米等級凹槽密集緊密之方式排列設置，藉以提升該氣密腔室內的工作流體沸騰效率，增加整體汽液循環效能，此外並藉由鋁質上、下板之配置使其均溫板得具有質輕、結構強度佳且可應用於低溫環境防止內部工作液體結冰者。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中該等微米等級凹槽係為長方形、菱形、正方形、圓形、梯形、三角形等幾合形狀。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中更具有複數支撐體，係由第三側向上凸起連接該鋁質上板之第二側，該等支撐體與該等微米等級凹槽可選擇相連接或錯位配置。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中所述微米等級凹槽係可透過傳統加工或非傳統加工進行加工，該傳統加工係為車床、銑床、鉋床、磨床、沖床、壓床等，所述非傳統加工係為雷射加工、放電加工、蝕刻加工、3D列印等。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中所述微米等級凹槽上更具有一燒結粉末層或一編織網狀層。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中該等微米等級凹槽寬度200-300um，深度30~50um。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中該等微米等級凹槽係於該第三側並沿橫向及縱向凸伸複數凸肋並相互交錯所形成。
- 如申請專利範圍第1項所述之均溫板結構，其中所述鋁質下板之第三側具有一蒸發區域，該第四側對應該蒸發區域之處對應與至少一發熱源接觸。
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| US20180015385A1 (en) * | 2014-10-20 | 2018-01-18 | Numerical Design, Inc. | Microfluidic-based apparatus and method for vaporization of liquids |
| CN113218226A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-08-06 | 中南大学 | 一种具有铝质毛细结构的薄型可变形散热结构及其制备方法 |
| TWM621971U (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-01 | 大陸商深圳興奇宏科技有限公司 | 具強化兩相流沸騰結構之均溫板 |
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2022
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