专利名称：固态热导装置及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种固态热导装置及其制作方法，特别是涉及一种以固态高导热材做为主要传热介质的热导装置以及制作该热导装置的方法。
背景技术：
图1说明一传统的热导管3构造，其主要具有一中空状的导管31，并在导管31内填充有一液态的导热介质32，其中，导热介质32主要以例如水、乙醇、冷媒物质…等可产生液、气二相变化的液体为使用大宗。当应用在电脑主机上而用以降低一如中央处理器芯片等的发热元件4的温度时，导管31的一端是接触发热元件4表面以形成温度较高的热端，而导管31的另一端则可连接多数鳍片5而与空气进行热交换以对应地形成温度较低的冷端，使导管31内的导热介质32在热端处吸收热量以形成温度较高的气态，并流动至冷端处释出热量而再次凝结回液态，造成温度较低的液态因毛细管原理再次回流至热端处以吸收热量，如此周而复始地，借由导热介质32在导管31内的冷端、热端间快速地循环流动而可将发热元件4产生的高温予以降低，可因此保持发热元件4正常的操作温度。
然而，应用此种热导管3作为热量传递的媒介，虽然具有重量轻、传热快等优点，但是不论就制作上以及应用上而言，实际上均具有下列的困难与限制一、加工不易由于结构上导管31必须填充液态导热介质32在其内，因此必须保持一定的清洁，以避免如空气或其他杂质进入导管31内造成导管31的劣化问题，所以除了导管31内必须先加以清洗以达到一定的洁净程度外，在进行导热介质32封装到导管31内部的作业时，更需要在真空环境下作业，使得加工难度相当高，相对地制作成本也居高不下。
二、应用时的配置有其限制虽然热导管3在导热介质32回流返液的设计上有应用毛细管原理的设计，但是实际上导热介质32仍然会受到导管31位置的影响，当导管31用以接触发热元件4的热端是位在较低处、而用以进行热交换的冷端是相对位在较高处时，导热介质32会表现出“热向上、冷向下”符合自然物理定律的流动，再加上导热介质32的冷液体也同时受毛细作用及重力作用的影响而可快速地往热端移动，所以此种配置可使热导管3的热传输效能达到最大。但是相反地，若导管31的热端是位在高处、而冷端相对地位在低处时，导热介质32回流的毛细现象将受到重力作用以及自然物理效应的抵销，使得导热介质32的流动速率不如预期，大幅降低热传输效能。因此，热导管3在应用上，一方面无法刻意使导管31的冷端都位在高处，另一方面也为了避免重力作用及物理效应影响导热介质的回流，所以一般使用上都采水平方向的配置，如此也造成热导管3在安装配置上较不具弹性。
三、热导管3的形状影响热传输效能因热导管3主要是利用液态的导热介质32来进行热量的传输，所以导热介质32流动的顺畅与否也是热传输效能的关键因素的一项，因此，直线型导管31是最容易使导热介质32流动的型态，但是一旦因配置空间的限制使得导管31必须要有一定程度的弯折时，将会使得导热介质32的流动受到影响，弯折的角度愈剧烈，如弯折接近九十度或九十度以上时，热传输效能将因导热介质流动的阻碍增加而大幅下降。
发明内容本发明的目的在于提供一种固态热导装置及其制作方法，利用固态的高导热材做为主要传热介质，不但可使热导装置应用范围更加广泛，其加工也更为容易而可降低制作成本。
基于上述目的，本发明提供一种固态热导装置，其特征在于该固态热导装置具有一粉末状紧固结合而不流动的固态高导热材及一密封地将该高导热材完全包覆的导热壳体，使该导热壳体接触一发热元件，并借高导热材传递发热元件的热量。
所述的固态热导装置还可以具有下述附加特征该导热壳体可以是一两端封闭的管材。
该高导热材可以是一具有高导热因数的碳基素材。
本发明还提供一种制作上述固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)制备一呈中空状的导热壳体，并使该导热壳体形成一连通内部的开口部；(2)取一定量的高导热材，将该高导热材加工成固体粉末状，并加以混练以均化其整体导热值；(3)将该混练后的粉末状高导热材由该导热壳体的开口部以高压方式填充进入该导热壳体内，再将该导管的开口部加工密封。
所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该方法可进一步包含一步骤(4)，该步骤(4)是使该导热壳体的表面进行防护处理。
该步骤(2)的高导热材进行混练时可同时加入一添加剂。
该步骤(3)的高导热材以高压方式填充进入该导热壳体内后可加温使其在高温状态，使该高导热材因膨胀作用而结合更为紧密。
本发明还提供另一制作方法，是先取一定量的高导热材，将高导热材加工形成固体粉末状，并加以混练以均化其整体导热值，再制备一模具，利用该模具以高压方式使高导热材成型为固定形状，最后则以一导热材料将成型后的高导热材外表面完全包覆以构成导热壳体。
本发明还提供一种固态热导装置，其特征在于该固态热导装置具有一以高黏稠状而不流动的高导热材及一密封地将该高导热材完全包覆的导热壳体，使该导热壳体用以接触一发热元件。
本发明还提供一种制作上述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)制备一呈中空状的导热壳体，并使该导热壳体形成一连通内部的开口部；(2)取一定量的高导热材，将该高导热材加工形成高黏稠状，并加以混练以均化其整体导热值；(3)将该混练后的高黏稠状高导热材由该导热壳体的开口部以高压方式填充进入该导热壳体内，再将该导管的开口部加工密封。
本发明还提供一种制作上述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)取一定量的高导热材，将该高导热材加工形成高黏稠状，并加以混练以均化其整体导热值；(2)制备一模具，利用该模具以高压使该高导热材成型为固定形状；(3)以一导热材料将该成型后的高导热材外表面完全包覆以构成该导热壳体。
综合上述，应用本发明的固态热导装置1及其制作方法，对照现今一般内部填充液体导热介质的热导管而言，其优点在一、不必如液态热导管需考虑导热介质的回流返液路径由于本发明的固态热导装置1是使用不须流动的高导热材11作为导热介质，因此不必考虑导热介质的流动性，所以较不受距离上的限制。
二、配置上不受方向性限制承前所述，因导热介质没有流动性的考虑，因此不会有如传统的热导管经常必须采用水平方向配置的问题，所以无论固态热导装置1的热端、冷端在位置上互有高度差时，对于传热效能上则完全不受影响，在应用上可更富有弹性。
三、不需考虑形状的弯折角度因本发明的固态热导装置1内的高导热材11是以实体传导的方式而非对流方式进行热传，所以形状上的弯折并不会对热传导效能造成阻碍，因此更能配合应用环境的需要而制成各种形状，实用性可大幅提高。
四、对在微细热导管的应用可较目前较常应用的二相流热导管更可适用在微电子元件的热导、散热等应用。
下面通过最隹实施例及附图对本发明的固态热导装置及其制作方法进行详细说明，附图中图1是一种传统热导管的构造示意图；图2是本发明的固态热导装置构造剖面示意图；图3是本发明的固态热导装置制作方法的第一较隹实施例流程图；图4是本发明的固态热导装置制作方法的第二较隹实施例流程图；及图5是本发明的固态热导装置应用在一中央处理器晶片的示意图，说明热导装置可形成一平板状且具有一凹陷部以罩覆在该中央处理器晶片的实施型态。
具体实施方式参阅图2，本发明的固态热导装置1主要是包含有一高导热材11及一密封地将高导热材11完全包覆的导热壳体12，其中，高导热材11可使用石墨类具有高导热因数的碳基素材，并使其形成不流动的固态、或形成高度黏稠性而近似固态，又，导热壳体12可利用铜、铝或银等金属导热材料制作，也可使用如高分子材料或陶瓷复合材料等非金属导热材料。
而配合图3，其制作方法的第一较隹实施例是以制作成如前述热导管外观相同形状来作为说明，其具有下列步骤首先，制备一呈中空管状的导热壳体12，使导热壳体12的一端形成封闭，而相反的另一端则形成一开口部。导热壳体12的管状截面可采用圆形、矩形或扁平形等等形状，可依实际需求加以规划。
接着，取一定量的高导热材11，本例中主要使用石墨等碳基素材为主，由于石墨材料本身为片状结构，在热传导率上具有方向性，如以I、II、III来分别表示三维空间中的三个方向，则石墨材料在I与II方向上热传导是数均可高达1000～1600 W/m.K，但是在III方向的热传导是数则相对低了甚多，只有5～10 W/m.K，为了改善此一缺点，可将高导热材11以研磨或其他加工方式形成固体的微细粉末状、甚至可形成近似固体的高黏稠状，并加以混练后，使其整体的导热特性可在各方向上具有较为平均的热传导因数。
尔后，将混练后的高导热材11由导热壳体12的开口部以高压方式填充进入导热壳体12内，其主要是使用一钢模(图未示)，钢模内具有与导热壳体12的管状相符的模穴，使得导热壳体12先定位在模穴内而不会变形，再以高压将高导热材11由开口部压入导热壳体12内，使高导热材11可紧密地充满在导热壳体12内，此为在室温下进行的冷制程，而相对地，也可在高压填充时同时加热，如此可使石墨等的高导热材11因膨胀效应而在导管内更为紧密接合，此部份则为热制程。而填充作业完成后，再将导热壳体12的开口部进一步加工使其完全封闭，使得高导热材11紧密地且完全充满地位在导热壳体12内部。
最后，完成的导热壳体12的外表面可进一步进行抛光、清洗、乾燥以及表面防护处理而形成最终的成品。
再如图4，固态热导装置1也可使用以下所述的第二较隹实施例的方法进行制作，与第一较隹实施例不同处在，其是先对高导热材进行加工，以形成固体粉末状或是近似固体的高黏稠状，再以一模具(图未示)以射出、挤型、压合成型或其他成型方法将高导热材成型为所需的规格形状，最后，将成型后的高导热材的外表面上利用层层涂布、喷着、或是浸镀、蒸镀…等方式将导热壳体的材料包覆在外，待导热壳体的材料形成一定厚度且硬化后即可构成导热壳体，如此也可使高导热材紧密地且完全充满地位在导热壳体的内部，而其他制程则大致与第一实施例相同，在此即不再详细叙述。
而利用第一实施例或第二实施例所制作的固态热导装置1，应用时如同传统的热导管一般，使导热壳体12的一端用以接触一发热元件形成热端、而另一端则可与空气进行热交换而形成冷端，借由导热壳体12内部的高导热材11可快速地将发热元件在热端上的热量传递至冷端进行热交换，以达到降低发热元件温度的目的。
又，以上说明虽以将固态热导装置1制作成管状来说明，但是实际上也可制作成各式各样的形状，如图5，当其形成板状的固态热导装置1时，其上可配合如中央处理器晶片2的形状而形成一凹陷部13，利用凹陷部13可对应地将中央处理器晶片2完全罩覆并与其相互接触，使得中央处理器晶片2所产生的热量可被固态热导装置1加以传递而得到降温的效果。所以依照需要的不同，只要事先将导热壳体12或是高导热材11成型为所需的形状即可，熟习此项技术者可轻易加以变化实施，在此即不再一一举例说明。
权利要求
1.一种固态热导装置，其特征在于该固态热导装置具有一粉末状紧固结合而不流动的固态高导热材及一密封地将该高导热材完全包覆的导热壳体，使该导热壳体接触一发热元件。
2.如权利要求1所述的固态热导装置，其特征在于该导热壳体是一两端封闭的管材。
3.如权利要求1所述的固态热导装置，其特征在于该高导热材是一具有高导热因数的碳基素材。
4.一种制作如权利要求1所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)制备一呈中空状的导热壳体，并使该导热壳体形成一连通内部的开口部；(2)取一定量的高导热材，将该高导热材加工成固体粉末状，并加以混练以均化其整体导热值；(3)将该混练后的粉末状高导热材由该导热壳体的开口部以高压方式填充进入该导热壳体内，再将该导管的开口部加工密封。
5.如权利要求4所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该方法进一步包含一步骤(4)，该步骤(4)是使该导热壳体的表面进行防护处理。
6.如权利要求4所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(2)的高导热材进行混练时同时加入一添加剂。
7.如权利要求4所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(3)的高导热材以高压方式填充进入该导热壳体内后加温使其在高温状态，使该高导热材因膨胀作用而结合更为紧密。
8.一种制作如权利要求1所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)取一定量的高导热材，将该高导热材加工成固体粉末状，并加以混练以均化其整体导热值；(2)制备一模具，利用该模具以高压使该高导热材成型为固定形状；(3)以一导热材料将该成型后的高导热材外表面完全包覆以构成该导热壳体。
9.如权利要求8所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(1)的高导热材进行混练时加入一添加剂。
10.如权利要求8所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(3)是将该导热材料涂布在该高导热材外表面固定厚度的方式而形成该导热壳体。
11.如权利要求8所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(3)是将该导热材料镀着在该高导热材外表面固定厚度的方式而形成该导热壳体。
12.一种固态热导装置，其特征在于该固态热导装置具有一以高黏稠状而不流动的高导热材及一密封地将该高导热材完全包覆的导热壳体，使该导热壳体用以接触一发热元件。
13.如权利要求12所述的固态热导装置，其特征在于该导热壳体是一两端封闭的管材。
14.如权利要求12所述的固态热导装置，其特征在于该高导热材是使用一具有高导热因数的碳基素材。
15.一种制作如权利要求12所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)制备一呈中空状的导热壳体，并使该导热壳体形成一连通内部的开口部；(2)取一定量的高导热材，将该高导热材加工形成高黏稠状，并加以混练以均化其整体导热值；(3)将该混练后的高黏稠状高导热材由该导热壳体的开口部以高压方式填充进入该导热壳体内，再将该导管的开口部加工密封。
16.如权利要求15所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该方法进一步包含一步骤(4)，该步骤(4)是使该导热壳体的表面进行防护处理。
17.如权利要求15所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(2)的高导热材进行混练时同时加入一添加剂。
18.如权利要求15所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(3)的高导热材以高压方式填充进入该导热壳体内时是同时使其在高温状态，使该高导热材因膨胀作用而结合更为紧密。
19.一种制作如权利要求12所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该制作方法包含有以下步骤(1)取一定量的高导热材，将该高导热材加工形成高黏稠状，并加以混练以均化其整体导热值；(2)制备一模具，利用该模具以高压使该高导热材成型为固定形状；(3)以一导热材料将该成型后的高导热材外表面完全包覆以构成该导热壳体。
20.如权利要求19所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(1)的高导热材进行混练时加入一添加剂。
21.如权利要求19所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(3)是将该导热材料涂布在该高导热材外表面固定厚度的方式而形成该导热壳体。
22.如权利要求19所述的固态热导装置的制作方法，其特征在于该步骤(3)是将该导热材料镀着在该高导热材外表面固定厚度的方式而形成该导热壳体。
全文摘要
一种固态热导装置及其制作方法，该固态热导装置具有一不流动的固态或高黏稠状高导热材及一密封地将高导热材包覆的导热壳体，其制法可先制备一中空导热壳体，并取一定量的高导热材以高压方式填充进入导管内，再将导热壳体加工密封，另外也可先取一定量的高导热材以一模具成型为固定形状，再以一导热材料将成型后的高导热材外表面完全包覆以构成导热壳体。本发明利用固态的高导热材做为主要传热介质，不但可使热导装置应用范围更加广泛，其加工也更为容易而可降低制作成本。
文档编号F28F21/00GK1480704SQ0214163
公开日2004年3月10日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者简鹏, 简 鹏 申请人:简鹏, 简 鹏