CN102235831A - 制造热管的方法、采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器 - Google Patents

制造热管的方法、采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器 Download PDF

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郑相俊
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Abstract

公开了一种制造热管的方法，采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器。该方法包括下述步骤：管状构件准备步骤，用于准备具有中空圆筒形形状的管状构件；模型准备步骤，用于准备包括具有对应于管状构件的体积的体积的内空间和具有预定体积的至少一个外空间的铸模；模制准备步骤，用于将管状构件布置在铸模的内空间中；压模步骤，用于从管状构件的两端将压力施加到管状构件中，以将管状构件的一部分膨胀模压到所述外空间中，以形成接触插接件；烧结步骤，用于将管状构件与铸模分开，并通过采用金属粉末在管状构件的内壁上形成烧结体；以及密封步骤，用于将工作流体注入其上形成烧结体的管状构件中，形成真空状态，并密封管状构件。

Description

制造热管的方法、采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年5月7日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10-2010-0043009的权益，在此通过引用将其公开内容结合到本文中。
技术领域
本发明涉及制造热管的方法、采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器，且更特别地，涉及制造具有可接触连接至发热元件的热管的方法、采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器。
背景技术
电子产品包括在运转期间产生热量的多个发热元件。特别地，在各种电子产品中，计算机包括代表性的发热元件，如安装在主板上的中央处理器(CPU)和安装在图形适配器的基板上的芯片组。
目前，多种冷却器用来冷却发热元件。特别地，普遍使用采用具有出色的导热性的热管的冷却器和与该热管结合以向外散热的散热片。
在这些冷却器中，热管通常为圆筒形金属管。现在将简要地描述制造热管的方法。
准备管状构件，心轴插入管状构件中，随后金属粉末填充在管状构件和心轴之间。加热管状构件以烧结金属粉末。去除心轴，将工作流体供应到管状构件中，随后对管状构件抽真空并密封，由此完成热管。
上述热管用来形成冷却器。更详细地，导热块形成在热管的一侧以接收来自发热元件的热量，并且散热片形成在热管的另一侧以向外散发接收到的热量。
在这种情况中，由于如上所述制成的热管具有圆形截面，则必须要求导热块将热量从发热元件传递至热管。
虽然，如果从发热元件产生的热量直接传递至热管，可以最大化传热效率，由于热管具有圆形截面，则通常使用具有用于接触并接收来自发热元件的热量的平坦表面和用于该热管结合的半圆形表面的导热块。
照这样，即使热管本身的传热性能很出色，由于金属形成的导热块用来传递热量，则从发热元件至散热器的传热效率相对较差。
而且，在一些冷却器中，即使热管将直接接触发热元件，热管的将接触发热元件的部分可能需要在完全形成该热管之后通过向其施加物理作用力而变形。然而，上述方法可能损坏形成在热管内壁上的烧结体，且可能对热管的变形有限制。
发明内容
本发明提供了生产具有接触插接件的热管的方法，该接触插接件从管状构件扩展变形且可接触连接至发热元件。
本发明还提供了采用该方法制造的热管和包括该热管的冷却器。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造热管的方法，该方法包括下述步骤：管状构件准备步骤，用于准备具有中空圆筒形形状的管状构件；模型准备步骤，用于准备包括具有对应于管状构件的体积的体积的内空间和具有预定体积的至少一个外空间的铸模；模制准备步骤，用于将管状构件布置在铸模的内空间中；压模步骤，用于从管状构件的两端将压力施加到管状构件中，以将管状构件的一部分膨胀模压到所述外空间中，以形成接触插接件；烧结步骤，用于将管状构件与铸模分开，并通过采用金属粉末在管状构件的内壁上形成烧结体；以及密封步骤，用于将工作流体注入其上形成烧结体的管状构件中，形成真空状态，并密封管状构件。
在压模步骤中，施加到管状构件中的压力可以气动压力或液压力。
附图说明
通过参照附图详细地描述本发明的示例性的实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更明显，在附图中：
图1为根据本发明实施方式的制造热管的方法的流程图；
图2至6为用于描述图1中图示的方法的透视图和剖视图；
图7至9为示出根据本发明实施方式的接触插接件的各种外表面的剖视图。
图10为形成在图6中图示的管状构件的内表面上的烧结体的剖视图；
图11为根据本发明实施方式的制造的可适用于安装在显卡上的多个发热元件的热管的透视图；
图12为根据本发明实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图；
图13为图12中图示的热管的底部透视图；
图14和15为根据本发明的另一实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图；
图16为图14和15中图示的固定块的剖视图；
图17和18为根据本发明的另一实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图；
图19为图17和18中图示的固定块的剖视图；
图20和21为根据本发明实施方式的修改的固定块的剖视图；
图22和23为根据本发明的另一实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图；以及
图24和25为根据本发明实施方式的采用图1中图示的方法形成的修改的接触插接件的剖视图。
具体实施方式
以下，将通过参照附图说明本发明的实施方式来详细描述本发明。
首先将描述制造热管的方法。
图1为根据本发明实施方式的制造热管的方法的流程图，图2至6为用于描述图1中图示的方法的透视图和剖视图。
参照图1至6，该方法包括管状构件准备步骤(S1)、模型准备步骤(S2)、模制准备步骤(S3)、压模步骤(S4)、烧结步骤(S5)和密封步骤(S6)。
在管状构件准备步骤(S1)中，准备具有中空圆筒形形状的管状构件10。管状构件10为圆筒形构件，如导管或管子。
根据本实施方式，管状构件10在沿图2中图示的垂直方向上具有圆形截面。垂直方向指垂直于管状构件10的长度方向的方向。同时，根据本发明的另一实施方式，管状构件10可以具有椭圆形截面。如果需要，管状构件10沿垂直方向可以具有多边形截面。
随后，在模型准备步骤(S2)中，准备铸模20。铸模20包括内空间12(参见图3)和外空间26。
内空间12为形成在铸模20中的主空间，且具有对应于管状构件10的体积的体积。也就是说，内空间12具有足以容纳管状构件10的尺寸。
根据本实施方式，铸模20包括上铸模22和下铸模24。由于具有半圆环形截面的凹槽23和25分别形成在上铸模22和下铸模24中，如果上铸模22和下铸模24结合，则凹槽23和25结合并形成内空间12。
在这种情况中，除了内空间12，具有预定体积的外空间26还形成在下铸模24的凹槽25的中间。外空间26是不与内空间12分开而是连接至内空间12的额外空间，且即使在管状构件10容纳在铸模20中之后也保持为空的。
根据本实施方式，一个外空间26形成在凹槽25的中间。然而，本发明不限于此。如果需要，例如，如果管状构件10要求多个接触插接件，则可以形成对应于接触插接件数量的多个外空间26。
随后，在模制准备步骤(S3)中，准备好的管状构件10布置在铸模20的内空间12中。如图2所示，管状构件10布置在上铸模22和下铸模24之间，并且随后上铸模22和下铸模24相互结合。
图3为布置在铸模20的内空间12中的管状构件10的剖视图。外空间26形成在管状构件10的外面。
随后，在压模步骤(S4)中，如图4，压力F从管状构件10的两端施加到管状构件10中，以膨胀模压或使管状构件10的一部分变形到外空间26中，以形成接触插接件14。
由于管状构件10由诸如铜(Cu)或铝(Al)之类的韧性金属形成，如果压力F从管状构件10的两端施加到管状构件10中，则管状构件10在外空间26上的一部分变形、被推动并装备到外空间26中。管状构件10的装配到外空间26中的部分称为接触插接件14。
接触插接件14根据外空间26的形状形成。因此，外空间26的形状和数量可以根据接触插接件14的预期形状和数量确定。
同时，在压模步骤(S4)中，从管状构件10的两端施加的压力F可以为气压力或液压力。也就是说，高压压缩空气或液体可以用来将作用力施加到管状构件10，以将管状构件10的该部分推到外空间26中，并且形成接触插接件14。
而且，根据本发明的另一实施方式，可以通过将圆柱形弹性构件插入管状构件10中并挤压弹性构件的两端以使弹性构件变形而产生施加至管状构件10的压力F。
更详细地，虽然图4中未示出，最初，例如由橡胶形成的圆柱形弹性构件插入管状构件10中。随后，如果推压弹性构件的两端，则弹性构件被压缩。被压缩的弹性构件具有回弹力，因此管状构件10的该部分被该回弹力推动并变形到外空间26，以形成接触插接件14。特别地，与采用气动压力或液压力的方法不同，采用圆柱形弹性构件的方法不要求气密或水密条件。
在图6中图示了管状构件10，接触插接件14在压模步骤(S4)中形成在该管状构件10上。
同时，根据本实施方式，接触插接件14的外表面是平坦的。由于接触插接件14将接触其上的发热元件(元件)的上表面通常是平坦的，则接触插接件14的外表面也是平坦的。
然而，根据本发明的另一实施方式，将被冷却的发热元件的外表面不是平坦的，而是弯曲或成阶梯状。
因此，接触插接件14的至少一个外表面形成为具有对应于发热元件的外表面的形状的形状。
图7至9为示出根据本发明实施方式的接触插接件14a、14b和14c的不同外表面15a、15b、15c和16c的剖视图。
参照图7至9，发热元件100、102和104的上表面101、103、105可以具有多种情况。图7示出了发热元件100的上表面101具有平滑凹面形状。在这种情况中，形成在管状构件10a上的接触插接件14a的外表面15a具有对应于上表面101的形状的平滑凸面形状。
图8示出与图7的情况相反的情况。更详细地，发热元件102的上表面103具有平滑凸面形状，形成在管状构件10b上的接触插接件14b的外表面15b具有平滑凹面形状。
图9示出发热元件104具有如两个阶梯状上表面的上表面105和106。因此，形成在管状构件10c上的接触插接件14c具有如两个阶梯状外表面的外表面15c和16c。
如上所述，通过简单地改变铸模的外空间的形状，接触插接件的形状可以进行多种改变，以对应于发热元件的形状。
图24和25为图示根据本发明实施方式的采用图1中图示的方法形成的修改的接触插接件14d和14e的剖视图。
在图24和25中，接触插接件14d和14e分别地形成在管状构件10d和10e的上下。
参照图24，管状构件10d包括位于其上的一个接触插接件14d和位于其下的另一个接触插接件14d。上接触插接件14d接触并接收来自布置在管状构件10d上方的发热元件108的热量，下接触插接件14d接触并接收来自布置在管状构件10d下方的发热元件107的热量。如果需要，更多的接触插接件14d可以分别形成在管状构件10d的上下。
参照图25，管状构件10e包括不同位置处的位于其上的一个接触插接件14e和位于其下的接触插接件14e。上接触插接件14e接触并接收来自布置在管状构件10e上方的发热元件110的热量，下接触插接件14e接触并接收来自布置在管状构件10e下方的发热元件109的热量。如果需要，更多的接触插接件14e可以分别形成在管状构件10e的上下。
如上所述，如果需要，接触插接件可以分别形成在管状构件的上下。照这样，接触插接件可以同时接收布置在管状构件上下的发热元件的热量。
返回参照图1至6，在烧结步骤(S5)中，通过将金属粉末布置在其上形成接触插接件14的管状构件10的内壁上，形成烧结体17(参见图10)。烧结体17也称为烧结芯。
为了在管状构件10的内壁上形成烧结体17，最初，心轴(未示出)插入管状构件10中。心轴具有稍微小于管状构件10的圆筒形内空间的圆柱形形状。
心轴维持为与管状构件10的内表面隔开。金属粉末填充在心轴和管状构件10的内表面之间的空间中。在这种情况中，金属粉末也填充在形成在管状构件10上的接触插接件14中。如果其中插入心轴并且其中填充金属粉末的管状构件10被加热，金属粉末被烧结，以形成烧结体17。在形成烧结体17之后，去除心轴。
根据本实施方式，烧结体17形成在管状构件10的内壁的上面。同时，由于所形成的烧结体17的内空间具有心轴的圆筒形形状，则形成在接触插接件14中的烧结体18比形成在管状构件10的其它部分上的烧结体厚。
在管状构件10的内壁上形成烧结体17之后，该方法进展至密封步骤(S6)。
在密封步骤(S6)中，工作流体注入到管状构件10中，形成真空状态，并且密封管状构件10。在密封步骤(S6)之后，完全制成热管。用于注入工作流体、真空和随后密封的工艺可以采用公知的用来制造热管的方法，因此在此将不对此进行详细描述。
同时，根据本实施方式，形成在管状构件10上的接触插接件14沿一个方向突出。然而，本发明不限于此，并且接触插接件14可以沿两个相反方向突出，以具有矩形截面。更详细地，根据本实施方式，外空间26仅形成在下铸模24中，因此接触插接件14从管状构件10的下中间部突出。然而，根据本发明的另一实施方式，如果沿垂直方向整体地具有矩形截面的外空间26形成在上铸模22和下铸模24中，则膨胀变形到外空间26中的接触插接件14沿垂直方向也可以具有矩形截面。在这种情况中，接触插接件14的所有的将接触连接至发热元件的外表面都是平坦的。
现在将描述图1中图示的方法的效果。
根据该方法，由于接触插接件通过下述方法形成，即将由金属形成的管状构件布置在铸模中，随后将压力施加到管状构件中，且因此使管状构件的一部分膨胀变形到形成在该铸模中的外空间中，可以简单地形成接触插接件。
而且，通过改变外空间的形状，接触插接件可以具有任何期望的形状，并且接触插接件的数量可以根据需要改变。
而且，由于烧结体在热管的接触插接件形成之后形成在接触插接件中，烧结体不会由于形成接触插接件而受到损坏，且可以对接触插接件的形状进行不同的改变。
此外，由于采用该方法制成的热管包括可以直接接触连接发热元件的接触插接件，可以最大化来自发热元件的传热效率。
此外，通过使用气动压力、液压力或变形的弹性构件的回弹力可以将压力施加到管状构件中。
图11为根据本发明实施方式的制造为可适用于安装在显卡108上的多个发热元件112的热管11d的透视图。
参照图11，可以形成预期数量的接触插接件14d，以对应于安装在显卡108上的发热元件112的数量。
因此，如果如图11所示安装8个发热元件112，则热管11d可以相应地包括8个接触插接件14d。热管11d弯曲约90°，并且采用图1中图示的方法制成。
虽然在图11中未示出，如果散热器形成在热管11d的一侧或从热管11d延伸的部位处，则可以制造用于同时冷却多个发热元件112的冷却器。
现在将描述用于冷却电子元件并包括采用图1中图示的方法制成的至少一个热管的冷却器。
图12为根据本发明实施方式的用于冷却电子元件的冷却器2的透视图。
参照图12，冷却器2包括5个热管和与热管11的上部结合的多个散热片40。
虽然在图12中仅图示了一些上、下散热片40，以示出散热片40和热管11之间的结合，但冷却器2还包括在上、下散热片40之间与热管11结合的中间散热片40。
热管11采用图1中图示的方法制成。每个热管11的接触插接件14相互紧密连接。图13为图12中图示的热管11的底部透视图。参照图13，接触插接件14的外表面15是平坦的，并接触将被冷却的发热元件(未示出)。从发热元件产生的热量经由接触插接件14传递至热管11，并传递至散热片40，随后向外散发，以冷却发热元件。如果需要，冷却器2还可以包括冷却风扇。
由于冷却器2包括其上形成接触插接件14的热管11，则从发热元件至热管11的传热效率是出色的。更详细地，与常规的用于经由例如导热块将发热元件的热量传递至热管的冷却器不同，由于接触插接件14，冷却器2可以直接将发热元件的热量传递至热管11。
而且，由于接触插接件14可以进行各种改变，则热管11可以在多种结构中相互连接。
图14和15为根据本发明的另一实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图。在图14和15中，未图示散热片。
参照图14和15，本实施方式与之前的实施方式不同之处在于，还包括用于固定热管11的接触插接件14的固定块30。其中插入并固定热管11的接触插接件14的多个凹槽33形成在固定块30中，对应于热管11的数量。
除了固定热管11的作用，固定块30还接收来自热管11和直接来自发热元件(未示出)的热量，并通过采用形成在固定块30上的多个突出散热片32使热量散热。突出散热片32从固定块30的上表面上突出，并相互隔开。同时，根据本发明的另一实施方式，可以不形成突出散热片32。
图15为示出图14中图示的固定块30和热管11之间的结合的底部透视图。接触插接件14的平坦的外表面15与固定块30的下表面一起形成平坦表面。该平坦表面接触连接至发热元件。图16为图14和15中图示的固定块30的剖视图。
图17和18为根据本发明的另一实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图。在图17和18中，未图示散热片。
参照图17和18，根据本实施方式的冷却器与图14中图示的冷却器不同之处在于形成在固定块30a中的凹槽33a(参见图19)的形状。然而，形成在固定块30a上的突出散热片32a与图14中的形成在固定块30上的突出散热片32相同。图19为图17和18中图示的固定块30a的剖视图，用于示出凹槽33a的形状。
参照图18，热管11的由固定块30a固定的接触插接件14相互连接，并固定在固定块30a的凹槽33a中。接触插接件14的外表面15相互连接，以形成一个平坦表面。
图20和21为根据本发明实施方式的修改的固定块30b和30c的剖视图。
参照图20和21，固定块30b包括多个凹槽33b，每个凹槽具有矩形截面，并且固定块30c包括具有长矩形截面的一个凹槽33c。包括具有矩形截面的接触插接件的热管可以恰当地装配到凹槽33b和33c中。
如果热管的接触插接件装配到固定块30c中，则接触插接件相互紧密连接。
图22和23为根据本发明的另一实施方式的用于冷却电子元件的冷却器的透视图。
参照图22和23，根据本实施方式的冷却器与图14中图示的冷却器不同之处在于，具有相对大的直径的圆筒形热管50形成在固定块30上。圆筒形热管50也称为腔形热管。
散热片(未示出)与热管11和圆筒形热管50结合，以形成冷却器。
图14和15、17和18、以及图22和23中省略的散热片与热管11(和圆筒形热管50)结合以形成冷却器。
现在将描述采用图1中图示的方法制成的热管。
参照图10，通过将工作流体注入到管状构件10中，随后真空密封管状构件10而完成该热管。完成的热管可以被恰当地修改，以用在图12中图示的冷却器2中。
热管包括密封的管状构件10、形成在状构件10的内表面上的烧结体17、以及注入管状构件10中的工作流体。
管状构件10包括沿一个方向从管状构件10的一部分膨胀突出的接触插接件14，接触插接件14包括具有对应于将被冷却的发热元件的外表面的形状的形状的外表面。在图12中，形成在热管11上的接触插接件14的外表面15是平坦的。
同时，根据本发明的另一实施方式，接触插接件14可以具有与发热元件的外表面一致的凸面形、凹面形或阶梯状形状(参见图7至9)。如果需要，可以形成多个接触插接件14(参见图11)。
该热管的效果与上述参照上述制造方法和冷却器描述的热管的效果相同或类似。
如上所述，根据本发明，可以制造包括接触插接件的热管。
而且，由于热管包括直接接触连接至发热元件的接触插接件，则可以最大化传热效率。
而且，由于烧结体在热管的接触插接件形成之后形成在接触插接件中，则烧结体不会由于接触插接件的形成而受到损坏，并且接触插接件的形状可以进行不同的改变。
虽然已经参照本发明的示例性实施方式特别地示出并描述了本发明，但本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的由接下来的权利要求限定的精神和范围的前提下，可以在形式和细节方面进行多种改变。

Claims (18)

1.一种制造热管的方法，该方法包括下述步骤：
管状构件准备步骤，用于准备具有中空圆筒形形状的管状构件；
模型准备步骤，用于准备包括具有对应于管状构件的体积的体积的内空间和具有预定体积的至少一个外空间的铸模；
模制准备步骤，用于将管状构件布置在铸模的内空间中；
压模步骤，用于从管状构件的两端将压力施加到管状构件中，以将管状构件的一部分膨胀模压到所述外空间中，以形成接触插接件；
烧结步骤，用于将管状构件与铸模分开，并通过采用金属粉末在管状构件的内壁上形成烧结体；以及
密封步骤，用于将工作流体注入其上形成烧结体的管状构件中，形成真空状态，并密封管状构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在压模步骤中，施加到管状构件中的压力为气动压力或液压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，在压模步骤中，施加到管状构件中的压力通过将圆柱形弹性构件插入管状构件中并挤压弹性构件的两端以使弹性构件变形而产生。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，管状构件具有圆形或椭圆形截面。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在压模步骤中形成的接触插接件包括具有对应于将被冷却的发热元件的外表面的形状的形状的至少一个外表面。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在压模步骤中形成的接触插接件包括具有平坦形状的至少一个外表面。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在压模步骤中形成的接触插接件包括具有对应于将被冷却的发热元件的外表面的形状的凸面形、凹面形或阶梯形形状的至少一个外表面。
8.根据权利要求4所述的方法，其中，在压模步骤中形成的接触插接件具有矩形截面。
9.根据权利要求4所述的方法，其中，在压模步骤中形成多个接触插接件，并且
其中所述多个接触插接件中的至少一个形成在管状构件上，所述多个接触插接件中的至少一个形成在管状构件下。
10.一种冷却器，用于冷却电子元件，并包括通过采用权利要求1的方法制成的至少一个热管。
11.根据权利要求10所述的冷却器，包括：
多个热管；和
固定块，用于固定所述多个热管的接触插接件。
12.根据权利要求10所述的冷却器，包括多个热管，
其中所述多个热管的接触插接件相互紧密连接。
13.根据权利要求11所述的冷却器，其中，多个突出散热片从固定块的一个表面上突出，并相互隔开。
14.一种热管，包括：
密封的管状构件；
形成在管状构件的内表面上的烧结体；和
注入管状构件中的工作流体，
其中管状构件包括沿一个方向从管状构件的一部分膨胀突出的接触插接件，并且
其中接触插接件包括具有对应于将被冷却的发热元件的外表面的形状的形状的外表面。
15.根据权利要求14所述的热管，其中，接触插接件包括具有平坦形状的外表面。
16.根据权利要求14所述的热管，其中，接触插接件包括具有对应于将被冷却的发热元件的外表面的形状的凸面形、凹面形或阶梯形形状的外表面。
17.根据权利要求14所述的热管，包括多个接触插接件。
18.根据权利要求17所述的热管，其中，所述多个接触插接件中的至少一个形成在管状构件上，并且所述多个接触插接件中的至少一个形成在管状构件下。
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