[发明专利]具有可插入式毛细结构系统的鼓形均热板

说明书

【相关申请的交叉引证】

本申请要求于2007年10月10日申请的美国专利申请第60/978,763号的优先权，并且将该申请的内容作为参考并入。

【技术领域】

本申请有关冷却装置，尤其是有关均热板(vapor chambers)。

【技术背景】

随着电子元件性能的不断增强，电子工业对更高性能冷却装置的需求更大。利用热管(heat-pipe)原理的均热板越来越被认为是传统散热器(heatsinks)的有前景的替代者。然而，有几个问题阻碍了均热板的广泛应用。其中之一是为潜在客户定制开发解决方案所需的时间和精力。

通常，均热板供应商采用一种终端用户产品与均热板同时设计完成的(design-in)方法为潜在终端用户定制产品。除了耗时及昂贵，这种同时设计完成(design-in)方法的主要问题是，在电子元件/系统设计周期和开发相关均热板样品的时间之间的时间滞后。减小该时间滞后对一电子系统/元件的成功设计非常关键，但现在的均热板通常采用毛细结构(wicking structure)，这要求对每一设计进行大量的耗时的再加工。因此，该成本构成无法有效放大。而在用户的角度，对电子元件/系统，通常要求被设计成无需特定的冷却方案。

总地来说，现有均热板的缺点可被归纳成以下几点：

1.架桥毛细结构(bridging wick)形成过程：蒸发区和冷凝区的毛细结构必须是腔表面的一部分(例如，把所述毛细结构直接蚀刻在所述表面上，或采用冶金焊接(metallurgicalbonding)工艺把所述毛细结构附着在所述表面)，以减小接触阻力(contact resistances)并保证操作一贯性/可靠性。“架桥”毛细结构通常被用于把冷凝液从冷凝区带至蒸发区。在热管中，该“架桥”路径通常沿着该管表面(即绝热区)的轴向延伸。但在均热板设置中，该架桥路径是更复杂的三维路径，并与冷凝区和蒸发区的毛细结构一起形成。由于这些架桥毛细结构通常通过定制的工艺，比如扩散焊接(diffusion bonding)或烧结，沿着侧壁形成。这造成对各尺寸和形状的腔的特定加工的需求。

2.材料选择：毛细结构形成工艺通常要求烧结和扩散焊接，这些工艺很难在铝上实施。可用于铝的槽状毛细结构(groove wicks)通常无法产生均热板正常工作所需的毛细管压力。因此，大部分均热板采用铜，其价格在过去5年上涨了很多倍。

3.腔的形式：为增加材料利用率，现有的腔通常是通过把一块板放置于已被冲压形成凹处(cavity)的另一块板上而形成。然而，其结果是每一腔的尺寸或厚度都要求再加工，这意味着该腔需要被“定制”。也就是说，腔的生产成了一个定制过程，结果，很难获得必要的成本降低以进入大众市场。而且，冲压形成的腔的转角处的抗弯性能较弱，为防止腔在真空条件下坍塌，需要较厚的材料和较大数量的内部支撑栏。因此，看似有效的形式(从充分利用材料的角度来说)实际上可能是低效的。

本发明的实施例克服了均热板的这些或其它限制。

【发明内容概述】

通过以下手段，本发明的实施例克服了现有均热板的限制：

1.提供鼓形，使得能够有更高效的材料利用率并降低对特定形式加工(format-specifictoolings)的需求。

2.提供可插入式“架桥”毛细结构系统，使得无需特定形式加工就能使冷凝液沿着侧壁回流。

3.应用以上技术中的任一项可以利用替代材料来制造均热板。特别的，相比于铜，这使得能够利用铝和/或聚合物以获得显著的材料成本降低。

在本发明中，蒸汽鼓包括两盖层(coverskin)及一框架，其可以由金属(包括铝，其可以是未经处理的，经阳极氧化的，镀层的，和/或层合的)、弹性体、聚合物、复合材料、陶瓷和/或他们的一些组合制成，并且其可被组装形成不同尺寸的腔。所述盖层被连接(通过软钎焊(soldering)、硬钎焊(brazing)、焊接(welding)、扩散焊接或其他业界已知的类似方法)至所述框架以形成一“鼓形”封闭腔。类似于鼓上的膜，所述盖层主要靠沿其平面的张力防止变形，因此，更薄的材料，如铜箔，可被采用。为实现这个条件，在提供必要的抗弯性时，所述框架应与鼓的柱形体产生相似的作用，以在所述盖层受到外力时将其保持在一个相对紧绷的状态。这种设置的最终结果是每一组件将主要负责仅一种力(如张力或弯折)，如此可获得一种最高效的状态。最终，盖层的强度(抵抗塌陷)更少地依赖其厚度，从而可获得一个最小厚度的状态。