专利名称：平板蒸发器结构及具有平板蒸发器结构的回路式热管的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种回路式热管，特别是关于一种具有平板蒸发器结构的 回路式热管。
背景技术：
由于半导体工艺的进展，芯片的导线数一直在增加，为了要容纳这些导
线，封装后的面积常是芯片面积(Die Area)的数倍。因此封装表面的热量并 非均匀的分布，容易形成热点(Hotspot)继而因热应力不均而导致芯片损坏。 热管(Heat Pipe)的作用即在快速的将热导往其他散热装置，再通过散热模 块将热排除，目前的热管设计最多是应用在笔记型电脑的散热，包括下列几 种方式
(1) 强制气冷散热；
(2) 强制液冷散热；
(3) 热管相变化散热；
(4) 制冷器散热；
(5) 冷冻式散热。
其中，冷冻式散热又可分为微流道热沉(Micro Channel Heat Sink)、 微散热器(Micro Heat Exchanger)、 微冷冻机(Micro Miniature Refrigerators)、微热管(Micro Heat Pipes)、微喷流(Micro Jets)、液滴 冷却(Dr叩let Cooling),高单价的散热模式虽有高散热效能，却不符合现 在低成本高功率的电脑使用，因此发展低成本、高效能、低磨耗的散热装置 是未来的趋势。图1为显示传统热管结构的示意图，该传统的热管结构ioo是由密闭容 器l、毛细结构2与工作流体3所构成(参阅图l所示)，该密闭容器l是于 抽真空后注入适量的工作流体3。当该容器1的蒸发端la (Evaporator)受热， 该工作流体3吸热而气化，所产生的蒸气31 (Vapor)则流向凝结端 lb (Condenser)放热，藉由不同温度下所产生的不同饱和蒸气压驱动流体， 而凝结液32将通过毛细结构2的毛细作用回流至原加热位置蒸发端la，其 工作原理是利用两相变化过程会吸收大量热的原理。由于热管结构100内的 工作流体3藉由两相变化传输热量，因而可得到极高的热传导性，达成快速 导热的目的，营造一个超热导的环境。
一般应用于电子元件散热的热管与发热源的接触面积相当有限，其管状 造型亦有形状上的限制，压扁、弯角都会大大降低热管该有的性能，其热管 会因此失去效用。因此，业界将两相变化利用在平板之中，目的在减少厚度、 并去除热管本身的飞溅限制，此技术即名为「平板热管(Plate Heat Pipe)」， 与此雷同的技术应用于太阳能源技术的领域，称之为回路式热管200(参阅图 2所示)，是由一蒸发端la受热，工作流体3吸热而气化，所产生的蒸气31 经由一蒸气管路lla导引至一凝结端lb放热，再由一液体管路lib回流至 该蒸发端la。
然而，半导体产业是我国具有全球竞争力的产业之一，随着电子产品功 能不断增强，内部电子元件因高功率而产生的高温现象，须有良好的散热装 置加以冷却。现有的散热鳍片-风扇为主的散热机制，势必无法满足未来微 电子元件散热需求，再者，水冷散热的散热模式容易导致水分子溢出，而影 响电子元件短路的危机。
举凡现代微电子产品(3C: Computer、Communication、Cons菌er Electron Products)以及半导体原件(高功率LED、激光、LED阵列)及大尺寸电视背光 模块的散热问题，且高科技的商品才能打进民生用品中，成为大家都能拥有 的高技术，而在热管积极发展的同时，电子产品的发热量也是日进百里，随着元件小型化、运算速度增量，热的问题已经浮上台面，因此现在很多做电 子半导体的厂商，纷纷成立系统或元件散热的研发部门，以解决该散热问题。
发明内容
本发明所欲解决的技术问题是提供一种平板蒸发器及回路式热管，用 以将在封闭的区域内装填有可随温度变化作液、气相态变化的工作流体，利 用此相变化大量快速的传递热量。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种迷你平板式热管，使整体能 提高作动性能及具有较高的散热效率，以因应未来高致密性电子元件的散热 需求。
本发明的技术解决方案是 一种具有平板蒸发器结构的回路式热管，是 于一热源上设置一蒸发区段，并以一传导区段连结一冷凝区段组成该蒸发 器，该蒸发区段包括有设置于该热源上的一密闭容置结构，而该密闭容置结 构系由一盖体、 一盒体组合形成--密闭容置空间，且包括有一槽道结构、---毛细结构、 一于盒体侧缘设置的液体入口，用以注入一工作流体，以及设置 于液体入口相对应的盒体侧缘的--气体出口，用以导出受热源蒸发的工作流 体产生的蒸气，其中，该槽道结构于该密闭容置空间的底面，等距间隔且相 互平行设置复数个凹槽槽道，并于上方水平设置该毛细结构，且该盒体侧缘 的液体入口与该毛细结构相连通，而该对应的盒体侧缘的气体出口系连通于 该槽道结构的凹槽槽道，且分别连接于一气体流道及一液体流道，用以将该 工作流体受该热源蒸发为蒸气时，由该气体出口导出蒸气，并由该气体流道 导入该冷凝区段的冷凝装置中，再将冷却回复为原形态的工作流体，以该液 体流道导回于该密闭容置结构，并进行反复的循环动作。
本发明还提出一种回路式热管的平板蒸发器结构，该回路式热管是于一 热源上设置一蒸发区段，并以一传导区段连接一冷凝区段所组成，该蒸发器 包括有一密闭容置结构，设置于该热源上，以一盖体及一盒体组合成一密闭容 置空间，该密闭容置结构包括有
一毛细结构，是与该密闭容置结构底面呈水平配置，设置于该密闭 容置空间内；
一液体入口，设置于该盒体侧缘，用以注入一工作流体，并连通于 该毛细结构；
一气体出口，设置于该液体入口对应的盒体侧缘，用以导出受热源蒸发 的工作流体产生的蒸气。
本发明的特点和优点是本发明主要研究制作小型平板热管，以应用于 笔记型电脑散热之中，其散热问题为在其有限的空间之中能将热散出，因此 如何有效的将热导引到固定的冷凝区域，是相当重要的问题。再者，其热管 可视为是一个具有高热传导率的被动热传元件，由于内部的两相流热传机 制，使得热管的传热能力是同样尺寸铜金属的数百倍以上，可谓为热的超导 体，利用热管作为热的传递物时，具有反应迅速及热阻小的优点，因此配合 热管或其衍生产品的使用发展出各型高性能散热模块，适合解决目前各式电 子产品因性能提升所衍生的散热问题。
本发明在有限空间的散热功能发展出的平板式小型热管，可利用于例如 笔记型电脑等，改良传统因热管折弯而效能降低的缺陷，同时也改良热管因
尺寸太小而造成的携带限制(Entertainment Limit),在有限空间里采流道 可弯曲的设计，可多增加一些空间上的运用。并通过回路式热管的高效能， 凡属需要散热的电子元件、机械工业、生化医疗、大尺寸电视散热、室内外 LED灯照明设备等，均可利用「液气两相变化」原理让微小液滴吸收大量热 能再予气化，快速将热源带离相当远的距离，消除热点使电子元件能正常工 作，更可避免水分子溢出而导致电子元件短路，提供了电子散热新的途径， 更提升冷却技术的发展与研究，亦可通过迷你平板式热管提高整体作动性能 及散热效率。
图1为显示传统热管结构的示意图； 图2为显示传统热管结构的方块图3为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的立体图； 图4为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的4-4断面图； 图5为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的5-5断面图； 图6为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的放大图； 图7为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的配置多孔材毛细 结构的断面图8为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的第二实施例示意
图9为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的第三实施例示意
图10为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的第四实施例槽 道结构的俯视图。主要元件符号说明
100热管结构523盒体侧缘
200回路式热管53槽道结构
300蒸发器531凹槽槽道
300a、300b、 300c蒸发器531a凸出区段
1密闭容器54液体入口
la蒸发端541液体流道
lb凝结端55气体出口
11a蒸气管路551气体流道
lib液体管路6毛细结构2毛细结构6a_多孔材毛细结构
3工作流体61毛细结构前侧开口
31蒸气62隔板
32凝结液7冷凝装置
4热源7a、 7b冷凝装置
5密闭容置结构71散热鳍片模块
51盖体Ll蒸发区段
52盒体L2冷凝区段
521密闭容置空间L3传导区段
522容置空间底部补偿槽道
具体实施例方式
本发明所采用的具体实施例，将通过以下的实施例及附图作进一步的说明。
参阅图3所示，其为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的立 体图，图4为显示图3的4-4断面图，图5为显示图3的5-5断面图。本发 明的蒸发器300是于一热源4上设置一蒸发区段Ll，并以一传导区段L3连 结一冷凝区段L2所组成。
该蒸发区段Ll包括有设置于该热源4上的一密闭容置结构5，该密闭容 置结构5是由一盖体51、 一盒体52组合并形成一密闭容置空间521，且包 括有一毛细结构6、 一液体入口 54以及相对应的一气体出口 55。
该毛细结构6是与该密闭容置结构5底面522呈水平配置，设置于该密 闭容置空间521内，并于盒体52侧缘523设置液体入口 54，用以注入一工 作流体3，并连通于该毛细结构6，且于液体入口 54的对应盒体52侧缘523 设置气体出口 55，用于导出受热源4蒸发的工作流体3产生的一蒸汽。
较佳地，该密闭容置结构5还包括有一槽道结构53其与该密闭容置结构5底面522呈水平配置，且包括有数个凹槽槽道531相互平行且等距间隔 设置，且该槽道结构53上水平设置该毛细结构6，其中，液体入口54与该 毛细结构6的前侧开口 61相连通，气体出口 55连通于该槽道结构53的凹 槽槽道531。
该传导区段L3是由一气体流道551及一液体流道541组成，其中，该 气体流道551连接于该密闭容置结构5的气体出口 55，而该液体流道541 连接于该密闭容置结构5的液体入口 54。
该冷凝区段L2设置有一冷凝装置7，该冷凝装置7分别经由该传导区 段L3的气体流道551及液体流道541连接于该密闭容置结构的气体出口 55 及液体入口 54，是由气体流道551导入蒸气31于冷凝装置7，以冷却自该 蒸发区段Ll产生的蒸气31，使该蒸气31冷却回复为原形态的工作流体3， 再通过该液体流道541导回该密闭容置结构5的密闭容置空间中。
较佳的，该冷凝区段L2的冷凝装置7上设置有一散热鳍片模块71，用 以提供较佳的散热功能，以使该冷凝装置7能更快速的冷却该气体流道551 导入的蒸气31。
综上所述，当该密闭容置空间521注入一工作流体3时，利用该毛细结 构6的毛细现象导引力，将工作流体3由液体入口 54均匀导引至布满密闭 容置结构5的底面533，并通过蒸发区段Ll的热源4使该工作流体3蒸发为 蒸气31，再利用气体出口 55导出蒸气31，并以气体流道551将蒸气31导 入该冷凝区段L2的冷凝装置7，再由冷凝装置7将蒸气31冷却回复为原形 态的工作流体3，再以液体流道541导回至该密闭容置结构5的密闭容置空 间521中，并反复进行该循环的动作。
参阅图6所示，其为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的放 大图。其中，该毛细结构6水平设置于该槽道结构53上，用以导引该冷凝 区段L2导回的冷却的工作流体3,利用毛细结构6的毛细现象导引力导引回 流的工作流体3能均匀的流入该密闭容置空间521的凹槽槽道531中，当该工作流体3因该热源4而蒸发成蒸气31后，不会再由该槽道结构53回流至 该液体流道541中。
其中，该槽道结构53亦可不设置数个凹槽槽道531，形成一平整的槽 道结构53，同样可使得该毛细结构6产生高毛细推动力。相同的，该毛细结 构6亦可于各个凹槽槽道531上开设相对应或错合的凹槽(未示)，或者于该 平整的槽道结构53上开设数个凹槽，均能达到高毛细推动力的效果。
参阅图7所示，其为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的配 置多孔材毛细结构的断面图。该毛细结构6为一多孔材毛细结构6a，同样设 置于该槽道结构53上，当该冷却后的工作流体3导入时，利用该多孔材毛 细结构6a的毛细吸引，使该工作流体3能均匀的流入该槽道结构53的凹槽 槽道531中，且蒸发后的蒸气31不会由该槽道结构53上的毛细结构6回流 至该液体流道541。再者，该毛细结构6可为各种具有强大毛细力的材料构 成，如金属网堆叠、非金属网堆叠、金属网扩散接合、金属粉末烧结、非金 属粉末烧结、棉絮织布等，以钛、铜网、金属网目结构的金属材料，或陶瓷 材料、塑胶、环氧树脂、纤维、多孔耐热砖的非金属材料制成，利用特殊构 造的毛细结构6形成一高毛细推动力，其不但紧紧抓住水分也阻挡蒸气31 回流，使其蒸气31能以单一方向进入气体流道551中。
较佳的，该毛细结构6与该密闭容置空间521之间设置有一隔板62， 位于该毛细结构6顶面与该密闭容置结构5的盖体51之间，其接近并垂直 于该盒体52侧缘523的液体入口 54，用以避免该密闭容置空间521中蒸发 的蒸气31回流至该液体流道541中。
本发明通过在该密闭容置空间521设置数个凹槽槽道531，使得工作流 体3在受热源4蒸发为蒸气31后，能快速脱离该蒸发区段Ll并导入该传导 区段L3，且该数个凹槽槽道531的设计可平衡该蒸气31导入该气体流道551 时的压力，使得该蒸气31能以一个较均匀的压差顺利进入该气体流道551。 较佳的，该密闭容置结构5的槽道结构53是以一预定距离水平将该凹槽槽道531区分为数段，通过该槽道结构53的设计，使得该毛细结构6中的工 作流体3能快速蒸发，提供一个较均匀的压力差以进入该气体流道551。再 者，该槽道结构53的各段槽道间亦可具有一高度差，以形成一阶梯结构的 槽道。
其中，在该密闭容置空间521中设置有一补偿槽道L4，位于该液体入 口 54与槽道结构53之间，当该槽道结构53中的工作流体3受该热源4而 蒸发时，该补偿槽道L4可补充工作流体3于该槽道结构53，再者，当该蒸 发器于无热源4的状态时，该补偿槽道L4可提供该工作流体3储存的空间。
参阅图8所示，其为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的第 二实施例示意图，图9为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的第 三实施例示意图。其是由数个蒸发器300a、 300b、 300c所组成，且该数个 蒸发器300a、 300b、 300c连接于该冷凝装置7，该数个蒸发器300a、 300b、 300c可设置于不同的热源4上，用以多重冷却的功效。再者，该蒸发器300 亦可装设有二个以上的冷凝装置7a、 7b，当该热源4的温度过髙而该冷凝装 置7不足以提供足够的冷却效果时，可装设二个以上的冷凝装置7a、 7b，以 达到足够的冷却效果。
参阅图IO所示，其为显示本发明具有平板蒸发器结构的回路式热管的 第四实施例槽道结构的俯视图。其中，该槽道结构53为数个凸出区段531a， 等距间隔且水平交错设置，并垂直于该液体入口54，当该密闭容置空间521 注入一工作流体3时，该工作流体3藉由该水平交错的数个凸出区段531a， 以达到使该工作流体3分布均匀、受热面积均匀，且使该工作流体3蒸发快 速的目的。
举凡熟悉此技艺者皆能轻易得知，本发明的平板蒸发器结构其密闭容置 结构5的材质可为任何导热的材料，包含铜、铝、不锈钢、钛等各种金属或 可导热的非金属，如钻石等，制造用的金属需搭配不同的工作流体3，使其 不发生化学反应，且能正常运作为主，而该传导区段L3的传输用的流道，可以为金属或非金属耐热材，如铜管、铝管、不锈钢管、塑胶或其他可弯曲 的金属或非金属管，冷凝区段L2则为各式能排除热量的装置，可为任何一 种散热装置。
以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡精于此项技艺者当可依据 上述的说明而作其它种种的改良，惟这些改变仍属于本发明的发明精神及所 界定的专利范围中。
权利要求
1.一种具有平板蒸发器结构的回路式热管，是于一热源上设置一蒸发区段，并以一传导区段连结一冷凝区段组成，其中该蒸发区段包括有一密闭容置结构，设置于该热源上，以一盖体及一盒体组合形成一密闭容置空间，该密闭容置结构包括有一毛细结构，是与该密闭容置结构底面呈水平配置，设置于该密闭容置空间内；一液体入口，设置于该盒体侧缘，用以注入一工作流体，并连通于该毛细结构；一气体出口，设置于该液体入口对应的盒体侧缘，用以导出受热源蒸发的工作流体产生的蒸气；该传导区段包括有一气体流道，连接于该密闭容置结构的气体出口；一液体流道，连接于该密闭容置结构的液体入口；该冷凝区段包括有一冷凝装置，分别经由该传导区段的气体流道及液体流道连接于该密闭容置结构的气体出口及液体入口，且该气体流道是与该液体流道以对向设置于冷凝装置的一选定位置；当该密闭容置空间注入一工作流体时，该工作流体受该热源蒸发为蒸气，并通过该气体出口连通气体流道导入该冷凝区段的冷凝装置，待该蒸气冷却回复为原形态的工作流体后，再经由该液体流道导回该密闭容置空间中，并进行反复的循环动作。
2. 如权利要求1所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征 在于，该密闭容置结构包括有一槽道结构，该槽道结构是与该密闭容置结构底面呈水平配置，且等距间隔并相互平行设置有数个凹槽槽道。
3. 如权利要求2所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征 在于，该密闭容置结构的槽道结构是以一预定距离区分有数段槽道，且各段 槽道间具有一高度差。
4. 如权利要求2所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征在 于，该密闭容置结构的槽道结构是以数个凸出区段等距间格水平交错，且与 该液体入口呈垂直的设置。
5. 如权利要求2所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征 在于，该密闭容置结构的槽道结构包括有一补偿槽道，该补偿槽道位于该液 体入口与槽道结构间。
6. 如权利要求l所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征在于， 该密闭容置结构的毛细结构为金属网堆叠、非金属网堆叠、金属网扩散接合、 金属粉末烧结、非金属粉末烧结、棉絮织布之一。
7. 如权利要求6所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征在于，该密闭容置结构的毛细结构为钛、铜、金属网目结构的金属材料之一。
8. 如权利要求6所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征 在于，该密闭容置结构的毛细结构为陶瓷材料、塑胶、环氧树脂、纤维、多 孔耐热砖的非金属材料之一。
9. 如权利要求1所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征 在于，该冷凝区段的冷凝装置上设置有一散热鳍片模块。
10. 如权利要求1所述的具有平板蒸发器结构的回路式热管，其特征 在于，该毛细结构与该密闭容置结构的盖体间具有一间隙，以设置一挡板。
11. 一种回路式热管的平板蒸发器结构，该回路式热管是于一热源上 设置一蒸发区段，并以一传导区段连接--冷凝区段所组成，其特征在于，该 蒸发器包括有-一密闭容置结构，设置于该热源上，以一盖体及一盒体组合成一密闭置空间，该密闭容置结构包括有一毛细结构，是与该密闭容置结构底面呈水平配置，设置于该密闭 容置空间内；一液体入口，设置于该盒体侧缘，用以注入一工作流体，并连通于该毛细结构；一气体出口，设置于该液体入口对应的盒体侧缘，用以导出受热源 蒸发的工作流体产生的蒸气。
12. 如权利要求ll所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于，该密闭容置结构包括有一槽道结构，该槽道结构设置于该密闭容置空间的底 面，且等距间隔并相互平行设置数个凹槽槽道。
13. 如权利要求12所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该密闭容置结构的槽道结构以一预定距离区分有数段槽道，且各段槽道间具 有一高度差。
14. 如权利要求12所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该密闭容置结构的槽道结构是以数个凸出区段等距间格水平交错，与该液体 入口呈垂直的设置。
15. 如权利要求12所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该密闭容置结构的槽道结构包括有一补偿槽道，位于该液体入口与槽道结构 间。
16. 如权利要求11所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该密闭容置结构的毛细结构为金属网堆叠、非金属网堆叠、金属网扩散接合、 金属粉末烧结、非金属粉末烧结、棉絮织布之一。
17. 如权利要求16所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该密闭容置结构的毛细结构为钛、铜、金属网目结构的金属材料之一。
18. 如权利要求16所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该密闭容置结构的毛细结构为陶瓷材料、塑胶、环氧树脂、纤维、多孔耐热砖的非金属材料之一。
19.如权利要求11所述的回路式热管的平板蒸发器结构，其特征在于， 该毛细结构与该密闭容置结构的盖体间具有一间隙，以设置一挡板。
全文摘要
本发明公开了一种平板蒸发器结构及具有平板蒸发器结构的回路式热管，该回路式热管是于一热源上设置一蒸发区段并以一传导区段连结一冷凝区段，该蒸发区段包括一密闭容置结构、一毛细结构，且该底面设置一槽道结构，及在该盒体侧缘设置有一液体入口及一气体出口，分别连接于一气体流道及一液体流道，用以将该工作流体受该热源蒸发为蒸气时，由该气体出口导出蒸气，并由该气体流道导入该冷凝区段的冷凝装置中，再将冷却回复为原形态的工作流体，以该液体流道导回于该密闭容置结构，并进行反复的循环动作。
文档编号F28D15/04GK101307996SQ200710103889
公开日2008年11月19日 申请日期2007年5月17日 优先权日2007年5月17日
发明者康尚文, 蔡孟昌 申请人:私立淡江大学