散热装置及其制造方法与流程

文档序号:11181471
散热装置及其制造方法与流程

本发明涉及一种散热装置及其制造方法,尤指一种以纯钛金属所制成的散热装置及其制造方法。



背景技术:

现行电子设备随着计算速度越来越快,则令其内部电子元件容易产生高热,针对电子元件散热的问题该项业者通过至少一散热单元如热管、热板、均温板、散热器,并通过该些散热单元直接与该电子元件接触结合传导热量,更进一步可增加一风扇与该散热单元结合作为强制散热的效果。

散热单元一般选用铝或铜或不锈钢等材质作为使用,其中铜与铝及不锈钢等材质虽具有散热及热传导快等特征,又尤其铜最常被使用作为热传装置的材料使用,铜虽具有热传导速度快的优点,但铜也有缺点,铜(Cu)经高温还原制程后,因晶粒成长而粗化造成降伏强度(Yield Strength)大幅下降,并且铜的质量重,其硬度也较软容易变形,变形后无法自行恢复原状。

此外因现行智慧手持装置(诸如手机、平板、平板电脑或笔记型电脑)与穿戴型装置或需要薄型化的电子装置都需要更薄化的被动式散热装置来进行散热,致使业者必须要将铜质板体置换成铜箔以达薄化要求,然而铜箔虽符合薄化的要求,但其结构更软而缺乏足够结构支撑强度,故许多特殊的应用不太适用,且因铜箔过软不具有支撑力易受外力容易变形并破坏内部热传结构。

另外,上述铝或铜或不锈钢等材质的散热单元在一些特殊环境或严苛气候(诸如腐蚀、高湿、高盐、极寒、高温、真空或太空中)中是无法使用。也此有该项业者通过以钛合金作为取代铜材料使用,钛合金具有高硬度、抗腐蚀、抗高温极寒及质量轻等特性,但钛合金的加工极不容易,除通过切削加工或部分非传统加工的方式外,非常难以对钛合金进行塑性变形,故钛合金仍然无法取代铜材料使用。



技术实现要素:

爰此,为解决上述现有技术的缺点,本发明的主要目的,是提供一种以商业纯钛取代铜作为散热装置材料并达到较佳散热效能的散热装置。

本发明另一目的,是提供一种可实现对商业纯钛进行塑性加工且取代铜材质制成散热装置的制造方法。

为达到上述目的,本发明提供一种散热装置,其特征在于,包含:

一第一钛金属板体,具有一第一平面及一第二平面,所述第一平面具有复数凸部;

一第二钛金属板体,具有一第三平面及一第四平面,所述第三平面设有一金属网目,所述第一、二钛金属板体对应盖合并共同界定一密闭腔室,该密闭腔室填充有一工作流体。

所述的散热装置,其中,该复数凸部是通过冲压加工所形成。

所述的散热装置,其中,该复数凸部表面具有一第一镀层,并该金属网目与该第三平面间具有一第二镀层,所述金属网目表面具有一第三镀层,所述第一、二、三镀层是亲水性镀层或疏水性镀层。

所述的散热装置,其中,所述亲水性镀层是二氧化钛或二氧化硅。

所述的散热装置,其中,该第二平面是冷凝侧,所述第四平面是吸热侧。

本发明还提供一种散热装置的制造方法,其特征在于,包含下列步骤:

S1:准备一第一钛金属板体及一第二钛金属板体,并进行前置清洗作业;

S2:对前述第一、二钛金属板体进行热处理;

S3:在前述第一钛金属板体进行冲压加工形成复数凸部;

S4:在该第二钛金属板体一侧结合一金属网目;

S5:将前述第一钛金属板体具有凸部的一侧与该第二钛金属板体具有金属网目的一侧对应盖合并进行封边、填水、抽气、封口作业。

所述的散热装置的制造方法,其中,清洗作业是先以丙酮擦拭,然后再以超音波清洗机加入去离子水冲洗,最后用氮气干燥第一、二钛金属板体表面。

所述的散热装置的制造方法,其中,所述第一、二钛金属板体进行热处理,是将该第一、二钛金属板体置入一气氛炉,并在该气氛炉中通入氩气并加热至400℃~700℃,时间为30~90分钟。

所述的散热装置的制造方法,其中,在步骤S4与步骤S5之间还具有一步骤:对前述第一、二钛金属板体进行表面改质处理,在该第一、二钛金属板体及该金属网目表面形成至少一镀层。

所述的散热装置的制造方法,其中,所述镀层为亲水性镀层或疏水性镀层。

所述的散热装置的制造方法,其中,所述镀层是二氧化钛或二氧化硅。

所述的散热装置的制造方法,其中,所述金属网目是通过扩散接合与前述第二钛金属板体结合。

所述的散热装置的制造方法,其中,所述扩散接合的温度650℃~850℃,工作时间为30~90分钟。

所述的散热装置的制造方法,其中,对前述第一、二钛金属板体进行表面改质处理,是将该第一、二钛金属板体置入一气氛炉,并在该气氛炉中抽真空并加热至400℃~700℃,时间为30~90分钟,令该第一、二钛金属板体表面产生过热还原。

所述的散热装置的制造方法,其中,对前述第一、二钛金属板体进行表面改质处理,是通过溶胶凝胶镀膜(Sol-gel coating)并将该第一、二钛金属板体置入一气氛炉,并在该气氛炉中抽真空并加热至400℃~700℃,时间为30~90分钟,令该第一、二钛金属板体表面产生一镀层。

所述的散热装置的制造方法,其中,所述镀层是二氧化钛。

所述的散热装置的制造方法,其中,对前述第一、二钛金属板体对应盖合并进行封边,封边是通过激光焊接进行,所述激光焊接的波长是1030nm,激光功率是100~500W,工作环境需通入保护气体,该保护气体为氦气或氩气,该氦气泄漏率应小于1.0x 10-8mbar·L/sec,或选择在真空环境10-2torr中进行。

通过本发明所揭示的散热装置及其制造方法可改善现有无法对纯钛进行塑性加工的缺失,以及提供一种极薄可挠曲并富有强度的散热装置结构。

附图说明

图1是本发明散热装置的第一实施例的立体分解图;

图2是本发明散热装置的第一实施例的组合剖视图;

图3是本发明散热装置的第二实施例的组合剖视图;

图4是本发明散热装置的第三实施例的组合剖视图;

图5是本发明散热装置的金属网目的电子显微镜图;

图6是本发明散热装置的第一、二、三镀层的电子显微镜图;

图7是本发明散热装置的第一、二、三镀层的电子显微镜图;

图8是本发明散热装置的第一、二、三镀层的电子显微镜图;

图9是本发明散热装置的制造方法第一实施例步骤流程图;

图10是本发明散热装置的制造方法第二实施例步骤流程图。

附图标记说明:散热装置1;第一钛金属板体11;第二钛金属板体12;第一平面111;第二平面112;凸部113;第一镀层114;第三平面121;第四平面122;金属网目123;第二镀层124;第三镀层125;密闭腔室13。

具体实施方式

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性,将依据所附图式的较佳实施例予以说明。

请参阅图1、图2,是本发明散热装置的第一实施例的立体分解图及组合剖视图,如图所示,本发明的散热装置1,包含:一第一钛金属板体11、一第二钛金属板体12;

所述第一钛金属板体11具有一第一平面111及一第二平面112,所述第一平面111具有复数凸部113,该复数凸部113是通过冲压加工所形成,该第二平面112是冷凝侧。

所述第二钛金属板体12具有一第三平面121及一第四平面122,所述第三平面121设有一金属网目123(如图2所示),所述第一、二钛金属板体11、12对应盖合并共同界定一密闭腔室13,该密闭腔室13填充有一工作流体(图中未示),所述第四平面122是吸热侧。

请参阅图3,是本发明散热装置的第二实施例的组合剖视图,如图所示,本实施例与前述第一实施例部分结构技术特征相同,故在此将不再赘述,为本实施例与前述第一实施例不同处在于该复数凸部113表面具有一第一镀层114,并该金属网目123与该第三平面121间具有一第二镀层124,所述金属网目123表面具有一第三镀层125,前述第一、二、三镀层114、124、125是亲水性镀层或疏水性镀层其中任一特性,所述亲水性镀层是二氧化钛或二氧化硅其中任一(如图5、图6、图7、图8所示)。

所述第一、二、三镀层114、124、125选用亲水性或疏水性特性,主要系区分区域及用途,例如第一平面111的第一镀层114可选用亲水性镀层或疏水性镀层其中任一,该第三平面121上的第二镀层124则选择亲水性镀层,其主要目的是增加吸水力以及第三平面121与金属网目123间的结合力,所述金属网目123上的第三镀层125则选用亲水性镀层,其主要增加含水量及增加液体回流的效果。

所述第一、二钛金属板体11、12系选自商业纯钛,并且塑性加工前是通过前置热处理后始可进行。

请参阅图4,是本发明散热装置的第三实施例的组合剖视图,如图所示,本实施例与前述第一实施例部分结构技术特征相同,故在此将不再赘述,为本实施例与前述第一实施例不同处在于所述第一钛金属板体11的第二平面112相对第一平面111具有凸部113的部位具有一凹部115,即为一种压凸印的方式所形成的结构。

请参阅图9,是本发明散热装置的制造方法步骤流程图,请一并参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8辅以说明,如图所示,本发明的散热装置的制造方法包含下列步骤:

S1:准备一第一钛金属板体及一第二钛金属板体,并进行前置清洗作业;

对欲进行制造加工的第一、二钛金属板体11、12进行前置清洁作业,清洗作业是先以丙酮擦拭,然后再以超音波清洗机加入去离子水冲洗,最后用氮气干燥第一、二钛金属板体11、12表面,所述第一、二钛金属板体11、12系选自一种商业用纯钛,非为一般钛合金,选用纯钛的好处在于强度比较高(抗拉强度/密度),纯钛的抗拉强度优于铜,且纯钛(Ti)的密度(4.54g/cm3)约为铜(Cu)密度(8.96g/cm3)的二分之一,所以于等同体积下,高比强度的钛(Ti),更能兼具强度与轻量化。

纯钛在常温下于表面会形成一层数百个米厚、稳定性高、附着力强的氧化膜(TiO2、Ti2O3、TiO),且损伤后能立即再生,表明了钛是具有强烈钝化倾向的金属。因此钛抗腐蚀能力远优于铜(Cu),利于均温板各项环境的应用。钛在潮湿环境、海水、含氯溶液、次氯酸塩、硝酸、铬酸及一般氧化性酸环境下都具优异的抗腐蚀特性。

S2:对前述第一、二钛金属板体进行热处理;

是将该第一、二钛金属板体11、12置入一气氛炉(图中未示),并在该气氛炉中通入氩气并加热至400℃~700℃,时间为30~90分钟,其主要目的在于令第一、二钛金属板体11、12可以进行塑性加工。

S3:于前述第一钛金属板体进行冲压加工形成复数凸部;

通过机械加工中的冲压加工于该第一钛金属板体11的一侧形成复数凸部113,该复数凸部113具有凝结冷凝工作流体的功效以及作为支撑结构体等效果。

S4:于该第二钛金属板体一侧结合一金属网目;

通过扩散接合的方式于该第二钛金属板体12的第三平面121结合一金属网目123,所述第二钛金属板体12(纯钛钛散热板(Ti-VC)):金属网目扩散接合温度650℃~850℃、制程气氛需为正压高纯氩气(Ar)或高真空环境(10-4~10-6torr)、制程压力1kg~5kg、制程时间30min~90min。纯钛是一种化学性质非常活跃的金属,在883℃有一相变态(相转换温度/Phase Transformation Temperature),在883℃以上为β相,具有BCC(体心立方)的晶体结构,在883℃以下为α相,具有HCP(六方最密堆积)的晶体结构。

纯钛在高温的环境下可与许多元素和化合物发生反应且发生材料相变化,例如空气中钛在250℃开始吸氢,500℃开始吸氧,600℃开始吸氮。随着温度提高,钛吸收气体的能力更强,氢(H)、氧(O)、碳(C)、氮(N)与钛发生反应而形成间隙固溶于材料改变机械性质甚至造成缺陷,形成TiO2、TiC、TiN及TiH2等相关化合物,将对材料性质将造成不良的影响(硬脆),所以制程温度、制程气氛(环境控制)对于钛散热板的相关热制程至关重要。

现有铜散热板(Cu-VC):金属网目扩散接合温度750℃~950℃、制程气氛15%H2+85%N2、制程压力1kg~5kg、制程时间40min~60min。在高温制程下不会产生像钛的相变行为,唯独晶粒易因加热成长粗化,使得机械性质大幅下降(变软)。

S5:将前述第一钛金属板具有凸部的一侧与该第二钛金属板体具有金属网目的一侧对应盖合并进行封边、填水、抽气、封口作业。

对前述已进行完前述制程步骤的第一、二钛金属板体11、12进行封边等步骤,将前述第一、二钛金属板体11、12的第一、三平面111、121(具有凸部113及金属网目123)对应盖合,并通过激光焊接的方式对该第一、二钛金属板体11、12进行封边,再依序进行填水及抽气最后封口等步骤。

使用激光焊接技术做为封边制程。激光激发源为蝶式(Disk)固态Yb:YAG(镱-钇铝石榴石)、激光波长1030nm、激光功率100~500W(视材料厚度而定),并工作环境需通入保护气体,该保护气体为氦气或氩气,该氦气泄漏率应小于1.0x 10-8mbar·L/sec,或选择于真空环境10-2torr中进行。

激光焊接优点:能量集中(可于小区域做焊接而不影响邻近材料)、工作时间短(不易改变整体元件机械性质)、超净熔接(不需任何焊料)、较易实现快速自动化生产。

请参阅图10,是本发明散热单元的制造方法第二实施例的步骤流程图,请一并参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8辅以说明,如图所示,本发明的散热装置的制造方法第三实施例,包含下列步骤:

S1:准备一第一钛金属板体及一第二钛金属板体,并进行前置清洗作业;

S2:对前述第一、二钛金属板体进行热处理;

S3:于前述第一钛金属板体进行冲压加工形成复数凸部;

S4:于该第二钛金属板体一侧结合一金属网目;

S5:将前述第一钛金属板具有凸部的一侧与该第二钛金属板体具有金属网目的一侧对应盖合并进行封边、填水、抽气、封口作业。

本实施例与前述第一实施例部分步骤相同,故在此将不再赘述,为本实施例与前述第一实施例不同处在于,本实施例在步骤S4:于该第二钛金属板体一侧结合一金属网目;后更具有一步骤S6:对前述第一、二钛金属板体进行表面改质处理,在该第一、二钛金属板体及该金属网目表面形成至少一镀层;

对所述第一、二钛金属板体进行表面改质处理,具有四种方式可择一进行:

第一:是将该第一、二钛金属板体11、12置入一气氛炉(图中未示),并在该气氛炉中抽真空并加热至400℃~700℃,时间为30~90分钟,制程气氛为正压纯氩气(Ar),令该第一、二钛金属板体11、12表面产生过热还原产生,此制程都由控制制程气氛内的微量氧气于钛材表面生成细微锐钛矿结晶(Anatase)二氧化钛奈米柱(TiO2nano-rods),此结构亲水性佳且时效性长(1~2周)。但随着时间与环境的影响(湿气),亲水性效果弱化。此时可将产品照射UV光即可因光触媒效应恢复亲水性,照射时间约20min~60min不等(依UV光的强弱而定)。

第二:是将该第一、二钛金属板体11、12置入一气氛炉,并在该气氛炉中抽真空并加热至400℃~700℃,时间为30~90分钟,令该第一、二钛金属板体11、12表面产生过热还原,此制程都由控制制程气氛内的微量氧气于钛材表面生成细微锐钛矿结晶(Anatase)二氧化钛奈米柱(TiO2nano-rods),此结构亲水性佳且时效性长(1~2周)。但随着时间与环境的影响(湿气),亲水性效果弱化。此时可将产品照射UV光即可因光触媒效应恢复亲水性,照射时间约20min~60min不等(依UV光的强弱而定)。

第三:溶胶凝胶镀膜(Sol-gel coating):主要针对第二钛金属板体12表面的金属网目123做处理。首先批覆一层结晶型二氧化硅(SiO2)做为基底层,经80℃烤箱烘干后,接续镀上一层锐钛矿结晶型(Anatase)二氧化钛(TiO2),随后凭借热处理镀层致密化烧结处理(Fully dense sintering treatment)形成SiO2/TiO2复合膜。致密化烧结温度400℃~700℃,烧结时间30~90min,制程气氛为正压纯氩气(Ar)。SiO2/TiO2复合膜亲水性佳且时效性长(1~2周)。但随着时间与环境的影响(湿气),亲水性效果弱化。此时也可将产品照射UV光即可因SiO2/TiO2复合膜表层光触媒效应恢复亲水性,照射时间约20min~60min不等(依UV光的强弱而定)。

第四:溶胶凝胶镀膜(Sol-gel coating):主要针对第二钛金属板体12表面的金属网目123做处理。首先批覆一层结晶型二氧化硅(SiO2)做为基底层,经80℃烤箱烘干后,接续镀上一层锐钛矿结晶型(Anatase)二氧化钛(TiO2),随后凭借热处理镀层致密化烧结处理(Fully dense sintering treatment)形成SiO2/TiO2复合膜。致密化烧结温度400℃~700℃,烧结时间30~90min,制程环境为抽真空。SiO2/TiO2复合膜亲水性佳且时效性长(1~2周)。但随着时间与环境的影响(湿气),亲水性效果弱化。此时也可将产品照射UV光即可因SiO2/TiO2复合膜表层光触媒效应恢复亲水性,照射时间约20min~60min不等(依UV光的强弱而定)。

本发明主要系提供一种通过以商业纯钛作为基材材料取代铜制成均温板等散热装置,并提供一种可对纯钛进行加工的制程,并通过本发明可实现以纯钛取代铜作为使用,并通过纯钛的优点改善铜材料的缺点,本发明又除了令纯钛取代铜、铝、不锈钢等作为散热单元材料使用外,进一步可利用纯钛本身质轻高强度、高抗腐的特性制成手持装置或行动装置的乘载底座或乘载中框,并且同时将乘载结构与散热结构直接整合一体制成,可符合现行行动装置或手持装置薄型化的结构设置,不仅具有乘载功效又具有解热的效果。

薄型的纯钛材料是一种记忆金属,受外力弯折产生形变,当外力移除仍可恢复原本态样,故也可直接将其与智慧型手表整合使用,或将其直接制成表带,不仅具有散热以及支撑的效果,同时又可作为佩戴使用。

再多了解一些
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