CN1304807C - 冷却器、电子装置及制造冷却器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有优良的冷却性能的冷却器、一种电子装置及制造该冷却器的方法，该冷却器能减小尺寸、缩小外形。所述冷却器(1)包括下部板件(10)和上部复合板件。下部板件(10)由塑料材料制成，并且具有使水或蒸气在其中循环的空腔部分(11)。上部复合板件包括用于冷凝器部分的板件(20)、上部板件(30)和用于毛细管部分的板件(40)。分别用于冷凝器部分和毛细管部分的板件(20)和(40)由导热系数高的金属材料制成，诸如铜和镍。所述件中的每一个具有凹槽，使之起冷凝器和毛细管部分的作用。上部板件(30)包括开口(32)和(34)，使用于冷凝器部分或毛细管部分的上部板件(20)或(40)被结合到其中，还包括用于隔热的中空部(31)。

Description

冷却器、电子装置及制造冷却器的方法
技术领域
本发明涉及一种冷却器及制造该冷却器的方法，该冷却器作为个人计算机、数码相机等装置中的一个组件，用于传递从卡型存储介质的驱动器产生的热量，以冷却存储介质。本发明还涉及一种诸如个人计算机和数码相机的电子装置，该装置配备有所述冷却器。
背景技术
由于诸如记忆棒(注册商标)、智能介质(注册商标)和小型闪卡(注册商标)的致密的小型存储介质与诸如软盘(注册商标)的传统存储介质相比，可具有大量的存储容量，所以该存储介质在诸如个人电脑和数码照相机的电子装置中得到了普遍地应用。
在这样的存储介质中，具有存储器，其中驱动器和闪存是集成部件，并且例如，驱动器设置有存储器主体或其它卡型的存储器。无论如何，该存储介质最近已经具有相当数量的存储容量。
存储介质的这种相当数量的存储容量导致驱动器产生大量的热，从而在其中导致故障。
为了避免出现故障，可设想给电子装置侧设置冷却器，其中将利用热管的技术用作冷却方法。
热管是一种如下的金属管，在其内壁上具有毛细管结构，保持在真空下，并充有少量的水，可替代地为含氯氟烃等。热管的一端连接到热源以被加热，于是工作流体在热管中蒸发或汽化，从而获得了作为(蒸发)潜热的热量。所述蒸气向其低温部分快速(几乎以声速)移动，然后由低温部分冷却而返回到液态，且排出热量(当蒸气冷凝时释放作为潜热的热量)。工作流体通过毛细管结构(或者通过重力)返回到初始位置，因此可以连续高效地进行热量传递。
由于传统的热管为管状并占据大的空间，因此不适于用作诸如个人电脑和数码相机的电子装置的冷却器，这是由于这些电子装置的冷却器需要尺寸减小、外形缩小。
为了缩小热管的尺寸，提出来如下一种冷却器，使得将在其配合表面上均具有凹槽的硅和玻璃板件连接在一起，从而在所述硅和玻璃板之间形成作为热管的通道。注意，当将它们连接在一起时，使通道中填充少量的水，可替换地为含氯氟烃等，并且密封。在热管中这种液体相变成蒸气或从蒸气发生相变，从而用作热管。
但是，如果利用硅板件如上所述形成热管，那么由于硅自身的高导热率，要冷却的目标扩散过多的热量。这导致热管中的工作流体没有充分地或没有蒸发，从而不能合适地展现热管的性能。
为了改善上述不足，本发明人提供了一种技术，将具有低导热率的塑料板件取代硅板件使用，从而防止热量在板件的表面处不适当地扩散，以便改进热管的性能。
在这种情况下，由于塑料材料自身的导热率低，难以将热量从要冷却的目标传递到热管中的工作流体，因此导致热管中的工作流体没有充分地蒸发。这会不能适当地展现热管的性能。
发明内容
本发明已经在上述环境中得以实现，本发明的一个目的是提供一种具有优良冷却性能的冷却器、一种电子装置和用于制造该冷却器的方法，该冷却器能减小尺寸、缩小外形。
根据本发明的第一方面，冷却器包括：第一板件，具有在其表面上形成的空腔部分，该空腔部分对应于从该处除去至少毛细管部分(产生毛细作用的结构)的热管的一部分；第二板件，至少具有在其表面上形成用于毛细管部分的凹槽，所述第二板件由导热系数高于第一板件的材料制成，并且第二板件的表面粘接到第一板件上；以及第三板件，通过其表面结合第二板件，第三板件的表面粘接到第一板件上。
根据本发明，第一和第三板件相互粘合。它们的表面彼此相对并且配合，从而所述空腔部分可作为热管的通道。这使冷却器可减小尺寸并缩小外形。由于毛细管部分是由诸如铜和镍的导热系数高的材料制成，所以可在这一部分中进行有效的热传递。另外，冷凝器部分和毛细管(wick)部分是可去除的，冷凝器部分也可由诸如铜和镍的导热系数高的材料制成。这使热管的冷却性能得以改善。由于第一和第三板件是由塑料或玻璃材料制成，所以它们适合于实际加工。但是第一和第三板件的粘接性能差。根据本发明，在第一和第三板件之间设置有粘接件，从而弥补它们的粘接性的不足。顺便提及，在这种情况下，作为第一和第三板件的组合，两个板件优选地是玻璃或塑料板件。也优选地是，一个板件是玻璃板件，另一个板件为塑料板件。另外，当然硅板件是可用的。如果考虑性能价格比、适合装配等等，优选地是使用硅、铜等作为合适的粘接件。
根据本发明的第二方面，一种电子装置包括：狭槽部分，具有闪存和驱动器的卡型存储介质可拆卸地插入该狭槽中，该驱动器或者设置在装置侧，或者是配备在与装置分离的部分上；以及冷却器，该冷却器具有上述结构，用于传递由驱动器产生的热量。
在本发明中，具有优良的冷却性能的上述结构的冷却器装备在电子装置上，所述冷却器尺寸减小，外形缩小。这样能防止装置自身遭受热故障。
根据本发明的第三方面，一种用于制造冷却器的方法，包括如下步骤：形成在其表面上具有空腔部分的第一板件，所述空腔部分对应于从该处除去至少毛细管部分的热管的一部分；形成第二板件，在其表面至少具有用于毛细管部分的凹槽，所述第二板件由导热系数高于第一板件的材料制成；将第二板件通过第三板件的表面结合到第三板件上；并将第三板件的表面粘接到第一板件的表面上。根据本发明，能可靠有效地制造出具有上述结构的冷却器。
根据本发明的实施例，在上述制造冷却器的方法中，还包括如下步骤：形成第四板件，在其表面上至少具有用于冷凝器部分的凹槽，所述第四板件是由导热系数高于第一板件的材料制成；并且将第四板件通过第三板件的表面结合到第三板件上。根据具有上述结构的实施例，冷凝器部分也具有高导热系数。这使热量被更多地传递。
根据本发明的另一实施例，在用于制造冷却器的方法中，第二板件或第四板件在紫外线平板印刷电成型工艺下(UV-Lithografie GalvanoformungAbformung，UV-LIGA)形成。根据具有这种结构的实施例，能有效地形成狭窄的凹槽。
最后，根据本发明的第四方面，在用于制造冷却器的方法中，还包括如下步骤：在第一板件表面和第三板件表面中的任意一个上形成粘接件，从而将第一和第三板件粘接起来。这使第一和第三板件之间的粘接可靠。
附图说明
图1是分解透视图，示出了实施本发明的冷却器的结构；
图2是侧视图，示出了实施本发明的冷却器的装配后的状态；
图3是顶视图，示出了在实施本发明的冷却器中的下部板件；
图4是顶视图，示出了在实施本发明的冷却器中的上部复合板件；
图5是项视图，示出了实施本发明的冷却器中的上部复合板件和下部板件的装配后的状态；
图6A粗略示出使用塑料板件时的热量扩散的区域；
图6B粗略示出在根据本发明使用塑料材料和金属材料制成的复合板件时热量扩散的区域；
图7是流程图，示出了用于制造本发明的冷却器的方法；
图8A是示意图，示出了在用于冷凝器部分和毛细管部分的各板件上分别形成凹槽的步骤，所述板件用于本发明的冷却器中；
图8B是示意图，示出了在用于冷凝器部分和毛细管部分的各板件上分别形成凹槽的步骤，所述板件用于本发明的冷却器中；
图8C是示意图，示出了在用于冷凝器部分和毛细管部分的各板件上分别形成凹槽的步骤，所述板件用于本发明的冷却器中；
图8D是示意图，示出了在用于冷凝器部分和毛细管部分的各板件上分别形成凹槽的步骤，所述板件用于本发明的冷却器中；
图9是示意图，示出了分别制成用于冷凝器部分和毛细管部分的板件的步骤，所述板件结合到在本发明的冷却器中使用的上部板件中；
图10A是示意图，示出了将上部复合板件粘合到下部板件的步骤，所述两个板件在本发明的冷却器中使用；
图10B是示意图，示出了将上部复合板件粘合到下部板件的步骤，所述两个板件在本发明的冷却器中使用；
图11是示意图，示出了实施本发明的另一冷却器；以及
图12是示意性透视图，示出了根据本发明装备有冷却器的个人计算机。
具体实施方式
参照附图，将详细说明本发明的实施例。
(冷却器)
图1是实施本发明的冷却器的分解透视图，图2是该冷却器组装后的侧视图。
如图1和2所示，冷却器1包括四个板件10、20、30和40。下部板件10由塑料材料制成，并且具有矩形形状，该下部板件10位于下部位置。用作冷凝器部分的板件20和用作毛细管部分的板件40分别由诸如镍的金属材料制成，并且具有矩形形状。上部板件30由塑料材料制成，并且具有矩形形状，该上部板件30位于上部位置。用作冷凝器部分的板件20和用作毛细管部分的板件40分别插入上部板件30的开口32和34中，并且在那里制成一体。这四个板件10、20、30和40通过诸如硅部件50的粘接件粘合并固定。各个板件10、20、30和40在其表面10a、20b、30b和40b上具有空腔部分11、凹槽21、中空部31和凹槽41。形成空腔部分11、凹槽21、中空部31和凹槽41，以便在四个板件粘合时所述空腔部分11、凹槽21、中空部31和凹槽41可用作环路的热管。
将参照图3和4，更详细地说明在板件10、20、30和40中形成的空腔部分、凹槽和中空部的结构。
如图3所示，下部板件10在其表面10a处具有空腔部分11。该空腔部分11具有一主要的空置空间，该空间包括用于形成使工作流体和蒸气流过的通道的部分、和用作供给工作流体的存储池的部分。参照对其结构的更详细的解释，设置了形成使诸如水的工作流体流过的通道12的部分，流体通过用于毛细管部分的板件40被引入，下文将会对该毛细管部分进行说明。被引入的流体通过用于毛细管部分的板件40蒸发，并且这样蒸发的蒸气被引入形成蒸气接收部14的部分。通过形成通道15的部分蒸气被引入用于从蒸气到液体转变的冷凝器部分22，然后凝结的液体移动到形成低温部16的部分。然后液体返回到通道12中。由此，可进行从液体到蒸气、再从蒸气到液体的循环过程。
存储池13和存储部分17保存液体。当接收部14中的液体数量低于设定水平时，存储池13中的液体流入蒸气接收部14中。当低温部16中的液体量低于设定水平时，存储部分17中的液体流入低温部16中。从而，存储池13和存储部分保存液体，以便防止热管中的空间干涸，因而在必要的时候，液体可以流入存储池13和存储部分17中。
隔热室18位于下部板件10的中心，并且毗邻通道12、15。这样防止了热量扩散。
如图4所示，上部板件30分别合并用于冷凝器部分的板件20和用于毛细管部分的板件40，从而形成了上部复合板件100。
用于冷凝器部分的板件20在其表面20b上具有凹槽21。凹槽21起冷凝器部分的作用，使经通道15引入的蒸气冷凝成液体，并且将该液体循环到低温部16中。
用于毛细管部分的板件40在其表面40b上具有凹槽41。凹槽41起冷却部分的作用，使经通道12和存储池13引入的液体蒸发，并且使这样蒸发的蒸气流入接收部14中。
隔热室31位于与上述隔热室18相对的位置。上部板件10和下部板件30分别具有作为中空部和空腔的隔热室18、31，用于防止热量扩散。
图5示出上部复合板件100和下部板件10如图2所示通过硅部件50粘合后的状态。
由于上部复合板件100和下部板件10粘合而形成的热管中填充有工作流体。所填充的工作流体在热管中循环，进行液体到蒸气的转变或蒸气到液体的转变。这样传递热量，从而用作冷却器1。
为便于解释，将以通道12为起点说明液体到蒸气且反之的循环。
液体首先从通道12流入毛细管部分42。当流入毛细管部分42的一定量的流体在这时降低到设定水平以下时，存储池13将足够的流体供送到其中，以便防止热管干涸。
在毛细管部分42中，流入的流体被加热并沸腾。按照沸点蒸发的蒸气流入蒸汽接收部14中。然后蒸气流过通道15而进入冷凝器部分22中，以便使该蒸气凝结成液体。由此，凝结的液体流入位于冷凝器部分22下方的低温部16中。液体再次从低温部16流入通道12中以使之循环。当从低温部16流入通道12的一定量液体低于设定水平时，存储部分17使所存储的液体流入低温部16中。
虽然已说明了使用塑料材料制成的板件的实施例，但也可替代使用由玻璃材料、或塑料材料和玻璃材料的结合材料制成的板件。
虽然已说明了使用均由镍制成的板件20作为冷凝器部分、板件40作为毛细管部分，但也可用铜制成所述部分。
图6A和6B是用于在热扩散方面，比较由塑料制成的板件和根据本发明由塑料材料和金属材料制成的复合板件的视图，图6A和6B的每一个示意性示出了在设定时间内在板件上热量扩散的区域。图6A示出了当使用由塑料材料制成的板件时，热量扩散的区域。图6B示出了当与结合诸如镍金属的塑料板一起使用由塑料材料和金属材料制成的复合板件时，热量扩散的区域。
如果板件是由塑料材料制成，如图6A所示，来自热源(毛细管部分)A-1的热量在箭头A-2所示的方向上在较小的面积中扩散。另一方面，如果如图6B所示，使用由塑料材料和金属材料制成的复合板件，来自热源(毛细管部分)B-1的热量在金属部分中高度扩散，而在围绕金属部分的塑料部分(B-2)中很少的热量扩散。
毛细管部分的导热系数要高于设定水平，以便用作热管。由于由塑料材料制成的板件，如图6A所示，具有较小的导热系数，它不足以作为热管。在另一方面，在由塑料材料和金属材料制成的复合板件中，如图6B所示，根据本发明，热量在毛细管部分得以充分地传递，但难以在包围毛细管部分的塑料部分中扩散。这意味着热量集中在毛细管部分，从而足以用作热管。
(制造冷却器的方法)
图7示出了一种制造冷却器的方法。
首先形成下部板件10和上部板件30，以便将空腔部分和中空部用作热管(步骤701)。在由塑料材料制成的下部板件10的表面10a上制出作为通道的空腔部分11、用于存储工作流体的存储池及隔热室。在塑料材料制成的上部板件30的表面30b上制成作为隔热室的中空部31。作为形成这些空腔部分和中空部的方法，可设想预先制成用于每个板件的模具，并且用该模具将板件成形为特定的形式。可用玻璃制成上部和下部板件。如果这样，可在其构图之后，将空腔部分和中空部蚀刻到一块玻璃中。
接着形成用于冷凝器部分的板件20和用于毛细管部分的板件40(步骤702)。例如，根据所谓的UV-LIGA制成具有凹槽的各板件20、40。
详细的UV-LIGA步骤将参照图8A至8D加以解释。
首先在板82上形成由诸如SU-8的有机材料制成的光敏抗蚀剂层81，并且随后在层81上形成构图的光敏抗蚀层83，如图8A所示。它们被称作图形板(pattern plate)80。
然后从上方朝向图形板80施加紫外线UV，蚀刻光敏抗蚀剂层81，如图8B所示。
此外，如图8C所示，从图形板80上去除光敏抗蚀剂膜83，然后在其表面上通过镍Ni的电沉积而形成镍层84。
接着，如图8D所示，从图形板80上去除镍层84。于是，如此去除的镍层可以用于冷凝器部分的板件20和毛细管部分的板件40，所述板件具有凹槽。
如图9所示，将如此形成的板件20、40插入开口32、34中，所述开口32、34穿过上部板件30敞开(步骤703)。当加热塑料制成的上部板件30至半固体状态时，将用于冷凝器部分的板件20和用于毛细管部分的板件40插入被如此加热的上部板件30的开口32、34中，以使板件20、30和40没有裂纹地一体化。
另外，如图10A所示，利用例如溅射作为粘接件的铜薄膜10b形成在下部板件10的表面10a上。于是利用例如超声波粘接或热熔粘接，将下部板件10和上部复合板件100相互粘接在一起(步骤704)。
上述方法使热管有效地被制造。
(冷却器的另一实施例)
图11示出一种挠性冷却器120，该冷却器包括用于冷凝器部分的板器件122、用于毛细管部分的板器件124、及连接板器件122和124的挠性板件121。
根据上述方法，用于冷凝器部分的板器件122和用于毛细管部分的板器件124分别由塑料材料制成，用于冷凝器部分的板件20和用于毛细管部分的板件40分别插入所述板器件122和124中。
挠性板件121由塑料材料制成，并且包括用于热管的通道123。所述热管利用这些制成一体的板件和器件形成。
将挠性板件121制成无束缚地具有挠性。可示例性地为电子装置的热源装备用于毛细管部分的板器件124，并且将挠性板件沿着电子装置的外表面连接。
根据具有这样的结构的冷却器，甚至是在安装空间受到限制时，也可有效地装备热管，从而使电子装置可以减小尺寸并减小外形。
(电子装置)
图12是装有根据本发明的冷却器的个人计算机的示意性透视图。
个人计算机130具有用于插拔存储介质134的狭槽131，所述存储介质包括闪存133和驱动器132。本发明的冷却器135设置在个人计算机130中，在存储介质134通过狭槽131插入个人计算机中时，冷却器的毛细管部分例如直接位于驱动器132下方。
虽然所述电子装置作为个人计算机得以说明，根据本发明的冷却器可用于诸如数码照相机和摄影机的其它电子装置。
(其它)
虽然根据上述本发明的实施例进行了说明，其中上部板件30和下部板件10是由塑料或玻璃材料制成，用于冷凝器部分和毛细管部分的板件20、40是由金属材料制成，但本发明不局限于此。本发明具有这样的特征，即每个板件20、40的导热系数大于上部和下部板件10、30的导热系数。
下表1示例性示出适合用于冷凝器部分和毛细管部分的板件20、40使用的材料及其导热系数。下表2示例性示出适合上部和下部板件10、30使用的材料及其导热系数。
            表1
  材料   导热系数(Wm-1K-1)
  硅   168
  铝   240
  铜   395
  镍   83
  铁   72
  钛   17
  特殊塑料   100
            表2
  材料  导热系数(Wm-1K-1)
  派热克斯玻璃  约为1
  塑料  约为1
而且，最近已经通过将导热性好的陶瓷粉末和低温可溶合金粉末与颗粒塑料原料混合、对其进行加热并模制，开发出了特殊塑料，该塑料的导热系数是传统塑料的100倍以上。因此，可以预期，如果这样的特殊材料作为用于冷凝器部分和毛细管部分的板件的材料，并且具有通常导热系数的塑料和玻璃，例如派热克斯玻璃(注册商标)作为上部和下部板件的材料，那么用于冷凝器部分和毛细管部分的板件的导热系数大于上部和下部板件的导热系数。
要指出，如果具有正常导热系数的塑料和玻璃，例如派热克斯玻璃作为上部和下部板件的材料，那么当用于冷凝器部分和毛细管部分的板件是由钛制成时，用于冷凝器部分和毛细管部分的板件的导热系数是上部和下部板件的导热系数的10倍以上。
类似地，如果用于冷凝器部分和毛细管部分的板件是由铁或镍制成，那么它们的导热系数是上部和下部板件的导热系数的50倍以上。另外，如果用于冷凝器部分和毛细管部分的板件是由上述特殊塑料、铝或硅制成，那么它们的导热系数是上部和下部板件的导热系数的50倍以上。而且，如果用于冷凝器部分和毛细管部分的板件是由铜制成，那么这些板件的导热系数是上部和下部导热系数的300倍以上。
如上所述，根据本发明，能提供具有优良的冷却性能的冷却器、电子装置及制造该冷却器的方法，该冷却器能减小尺寸，缩小外形。
工业适用性
如上所述，本发明适用于冷却卡型存储介质的小型冷却器。本发明也可适用于包括卡型存储介质的小型电子装置，例如笔记本型个人计算机和数码照相机。本发明可进一步适用于制造冷却卡型存储介质的小型冷却器的方法。

Claims (10)

1.一种冷却器，包括
第一板件，具有在其表面上形成的空腔部分，所述空腔部分对应于热管中的这样的一部分，即，该部分是从热管中除去至少毛细管部分的那样的部分；
第二板件，至少具有在其表面上形成的用于毛细管部分的凹槽，所述第二板件由导热系数高于所述第一板件的材料制成，并且所述第二板件的表面粘接到第一板件上；以及
第三板件，通过其表面结合所述第二板件，所述第三板件的表面粘接到第一板件上。
2.如权利要求1所述的冷却器，还包括：第四板件，至少具有在其表面上形成的用于冷凝器部分的凹槽，所述第四板件由导热系数高于所述第一板件的材料制成，所述第四板件的表面粘接到第一板件上，并且所述第四板件被结合到所述第三板件的表面中。
3.如权利要求1所述的冷却器，其中，所述第二板件由包括铜和镍中的任一种的金属材料制成。
4.如权利要求1所述的冷却器，还包括由硅和铜中的任一种制成的薄层，所述薄层设置在所述第一和第三板件之间，
其中，所述第一和第三板件由塑料材料和玻璃材料中的任一种制成。
5.如权利要求1所述的冷却器，还包括挠性板件，所述挠性板件包括用于连接毛细管部分和冷凝器部分的通道，
其中，由此粘接的所述第一和第三板件物理上被划分为包括所述第二板件的区域和包括热管的冷凝器部分的区域；并且
其中，所述挠性板件介于所述划分的各区域之间。
6.一种电子装置，包括：可拆卸/连接的部分，用于从所述电子装置上拆卸卡型存储介质或将卡型存储介质连接在所述电子装置上；驱动器；和用于传递驱动器产生的热量的冷却器，所述冷却器包括：
第一板件，具有在其表面上形成的空腔部分，该空腔部分对应于热管中的这样的一部分，即，该部分是从热管中除去至少毛细管部分的那样的部分；
第二板件，至少具有在其表面上形成用于毛细管部分的凹槽，所述第二板件由导热系数高于所述第一板件的材料制成，并且所述第二板件的表面粘接到第一板件上；
第三板件，通过其表面结合所述第二板件，所述第三板件的表面粘接到第一板件上。
7.一种用于制造冷却器的方法，包括以下步骤：
形成其表面上具有空腔部分的第一板件，所述空腔部分对应于热管中的这样的一部分，即，该部分是从热管中除去至少毛细管部分的那样的部分；
形成第二板件，在其表面至少具有用于毛细管部分的凹槽，所述第二板件由导热系数高于所述第一板件的材料制成，并且将第二板件表面粘接到第一板件上；
将所述第二板件通过其表面结合到第三板件上；以及
将第三板件的表面粘接到第一板件的表面上。
8.如权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
形成第四板件，在其表面上至少具有用于冷凝器部分的凹槽，所述第四板件是由导热系数高于所述第一板件的材料制成；以及
将所述第四板件通过其表面结合到所述第三板件上。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述第二板件是在紫外线平板印刷电成型工艺下形成。
10.如权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：
在所述第一板件和第三板件的表面中的任意一个上形成粘接件，从而将所述第一和第三板件粘接起来。
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