CN103123231B - 热管及热管制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种热管及热管制造方法。该热管制造方法主要利用一中心棒插入一金属管中，使得该中心棒紧密接触该金属管内侧壁的一净空区域；再将烧结粉末填充该中心棒与该金属管间的空隙；最后进行烧结、取出该中心棒、封闭该金属管。此时，该热管即形成。使用上，可于该净空区域处弯曲该热管，由于该净空区域处无烧结的粉末，故由烧结的粉末形成的毛细结构不会被破坏，该热管内的工作流体流动路径不会被中断、影响，该热管的热传递效率得以维持，解决现有热管一经弯曲即有热传递效率明显下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种热管及热管制造方法，尤指一种以烧结粉末层作为毛细结构的热管及热管制造方法。
背景技术
热管利用毛细结构及工作流体的相变化提升热传递效率，其散热效率明显优于传统单相热传递效率。近年来已广泛应用于3C产品的散热组件上，不过于实际应用上，热管皆须经过弯曲及压扁等工艺塑形以符合薄型散热模块的设计。实验结果显示经过较大程度压扁及弯曲塑性变形的热管，其散热效能有下降的趋势。其原因是在弯曲与压扁的过程中，热管内部的毛细结构会分别受到压应力与张应力作用，而有剥落与裂痕的情况出现，工作流体输送的毛细作用力于是减弱，甚至停止输送，严重影响热管的热传性能。此外，于热管弯曲时，其内侧管壁承受压应力而可能产生屈曲(buckling)现象，尤其是当管壁薄时，屈曲更易发生。管壁轻微的屈曲会造成工作流体流动路径的改变，而管壁较严重的屈曲则会破坏毛细结构，甚至使毛细结构剥离管壁，造成工作流体流动路径中断、工作流体滞留等问题。故目前业界多于弯曲角度小于90度、弯曲半径大于热管外径的三倍的条件下弯曲热管。然而，在目前电子装置小型化的趋势下，热管需作大角度、小半径的弯曲已难避免，故如何使热管于大角度、小半径的弯曲后仍能保有不错的热传递效率，已久为业界急需克服的课题。
发明内容
鉴于现有技术中的问题，本发明的目的之一在于提供一种热管，其具有无毛细结构区域，故该热管即可于此区域弯曲，可避免破坏该热管内其它区域的毛细结构，使得该热管的热传递效率不因前述弯曲工艺而有明显的影响。
本发明的热管包含一金属管及一烧结粉末层。该金属管的内侧壁上定义一净空区域，该烧结粉末层形成于该内侧壁上但未覆盖该净空区域，即该净空区域上无该烧结粉末层。此烧结粉末层即作为该热管的毛细结构。进一步地，该热管可被弯曲以于该金属管上形成一弯曲部，该净空区域位于该弯曲部的内侧或外侧。因此，该热管因弯曲可能产生较严重的结构影响主要限制在未有毛细结构的该净空区域，故该热管内其它区域的毛细结构得以保持完整，使得该热管的热传递效率不因前述弯曲工艺而有明显的影响。
本发明的另一目的在于提供一种热管制造方法，用以制造本发明的热管。
本发明的热管制造方法包含下列步骤：准备一金属管，该金属管具有一封闭端及一开口端，其中于该金属管的内侧壁上定义一净空区域；固定该金属管；准备一中心棒；将该中心棒自该开口端插入该金属管内固定并使该中心棒紧密接触该净空区域，其中该中心棒与该金属管间存有一空隙；以一烧结粉末填充该空隙；对该烧结粉末进行烧结以形成一烧结粉末层；以及取出该中心棒。该热管制造方法可进一步注入一工作流体并封闭该开口端，即完成本发明的热管。于实际操作上，该热管制造方法可利用偏心固定该中心棒或利用具有滑块结构的中心棒以实现未有该烧结粉末层覆盖的该净空区域，但本发明仍不以此为限。
简言之，本发明的热管制造方法制造的热管具有无毛细结构覆盖的净空区域。若有需要时，即可于该净空区域弯曲该热管，使得因弯曲而产生较严重的结构影响能主要限制在该净空区域，进而抑制变形的结构对该热管整体毛细结构的影响。因此，该热管的热传递效率不因前述弯曲工艺而有明显的影响，解决现有热管一经弯曲即有热传递效率明显下降的问题。此外，本发明的热管因该净空区域无毛细结构，故可于该净空区域承受大角度、小半径的弯曲，有助于该热管的形塑，以适应小型化装置的设置空间限制。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例的热管制造方法的流程图。
图2至图6为根据图1中流程图的热管制造流程示意图。
图7为图6中热管受弯曲后的示意图。
图8为根据第二实施例的热管的剖面图。
图9为根据第三实施例的热管制造方法的流程图。
图10为根据该第三实施例的热管的制造示意图。
图11为根据该第三实施例热管于烧结后的示意图。
图12为根据该第三实施例的热管的剖面图。
其中，附图标记说明如下：
具体实施方式
请参阅图1至图6，图1为根据本发明第一实施例的热管制造方法的流程图，图2至图6为根据该第一实施例的一热管1(如图6所示)制造流程示意图。该热管制造方法首先准备一金属管10，如步骤S100所示；接着利用一工具3将金属管10固定，如步骤S110所示。固定后，如图2所示，其中金属管10及部分工具3以剖面表示。金属管10具有一封闭端12及一开口端14，金属管10的开口端14朝上固定。金属管10的内侧壁16上定义一净空区域18，以影线表示其范围。
接着，该热管制造方法包括准备一中心棒4，如步骤S120所示；将中心棒4自开口端14插入金属管10内固定并使中心棒4紧密接触净空区域18，如步骤S130所示。固定后，如图3所示；其中，净空区域18因被中心棒4遮盖住，故未显示于图3中，金属管10与中心棒4的截面如图4所示，净空区域18于图4中即中心棒4与金属管10的接触面。于该第一实施例中，中心棒4相对金属管10偏心固定，亦即中心棒4的中心偏离金属管10的中心；中心棒4与金属管10间存有一空隙20。当中心棒4具有磁性时，例如不锈钢(JISSUS410)，中心棒4的固定可通过工具3直接固定(例如工具3的夹头32)外，亦可准备一条状磁铁5对应净空区域18贴附于金属管10外侧以吸附中心棒4紧密接触净空区域18，并产生固定中心棒4的功效；于该第一实施例中，中心棒4的固定兼采两种方法。另外，于该第一实施例中，为使中心棒4紧密接触净空区域18，中心棒4的载面轮廓与金属管10于净空区域18的载面轮廓相匹配。
补充说明的是，一般热管多为铜制，原则上铜制品不具磁性，磁铁无法直接通过磁吸作用贴附于铜管上，故于实际操作上，前述条状磁铁5可与金属管10一并以工具3固定，如图2及图3所示；但本发明不以此为限。另外，一般固定中心棒4的机构多以中心棒4的端部为施力点，中心棒4中间部分通常无承受机械力。而于该第一实施例中，如图3所示，中心棒4的一端顶住金属管10的封闭端12，中心棒4露出金属管10的部分以工具3夹持，中心棒4中间部分尚受到条状磁铁5的磁吸作用有助于中心棒4于震动时能保持与净空区域18的紧密接触，可有效避免于震动时烧结粉末落入净空区域18；但本发明仍不以此为限。
接着，该热管制造方法包括以一烧结粉末22a填充空隙20，如步骤S140所示；填充后，如图5所示。于该第一实施例中，金属管10为铜管，烧结粉末22a采用烧结铜粉末，以增强烧结粉末22a与金属管10间的结合强度。为使烧结粉末22a(以影线表示于图5中)能均匀密实堆积，该热管制造方法可利用震动盘或类似装置震动金属管10(连同中心棒4、工具3等)以使烧结粉末22a均匀密实堆积。但本发明不以此为限。之后，该热管制造方法将金属管10(连同中心棒4、工具3等)置入加热炉中以对烧结粉末22a进行烧结以形成一烧结粉末层22b，如步骤S150所示；此烧结粉末层22b即作为热管1的毛细结构。由于中心棒4紧密接触净空区域18，故烧结粉末层22b未覆盖净空区域18。于该第一实施例中，烧结粉末层22b即一铜烧结粉末层；但本发明不以此为限。原则上，烧结粉末22a采用与金属管10的材料相同材料或采用能与金属管10的材料反应形成紧密结合的材料，例如反应形成反应层，即可产生不错的结合效果。补充说明的是，于该第一实施例中，空隙20夸大绘示，故烧结粉末层22b的厚度亦夸大绘示，以便于说明；于后续实施例中，亦同，不再赘述。
接着，金属管10(连同中心棒4、工具3等)自加热炉取出之后，该热管制造方法取出中心棒4，如步骤S160所示；接着，注入一工作流体24、封闭金属管10的开口端14，如步骤S170所示。此时，热管1即完成，其剖面图如图6所示。
于实际操作上，热管1可能需配合设置环境而需被弯曲。请并参阅图7，图7为热管1受弯曲后的示意图，其中热管1于其弯曲处剖开，移除部分以虚线绘示其原始轮廓。该热管制造方法进一步包含弯曲金属管10(或谓热管1)以于金属管10上形成一弯曲部26(以粗虚线表示其范围)，如步骤S180所示。弯曲部26具有一内侧262及一外侧264，内侧262及外侧264的定义是基于弯曲部26的弯曲平面266(以点划线表示其于热管1剖面的位置)，即弯曲部26发生形变偏移(deflection)的平面，故弯曲部26的内侧262即弯曲半径较小处，外侧264即弯曲半径较大处。于该第一实施例中，净空区域18位于弯曲部26的内侧262(以箭头表示其于热管1剖面的位置)。又，于该第一实施例中，弯曲部26承受纯弯曲，故其中性面268(以点划线表示其于热管1剖面大致的位置)位于热管1内，弯曲部26的内侧262承受压应力，而弯曲部26的外侧264承受拉应力。当弯曲部26的外侧264的应变尚在可容许范围内，于外侧264的烧结粉末层22b可保持结构完整；而即使弯曲部26的内侧262承受的应力在可容许范围内，弯曲部26的内侧262仍可能发生屈曲现象。然而，位于内侧262的净空区域18并无烧结粉末层22b覆盖，故烧结粉末层22b不受屈曲影响，至少其传输工作流体的机制不受严重影响。换言之，弯曲部26的弯曲半径270不受现有需大于热管1外径三倍的限制，故于实际操作上可将弯曲半径270设定为大于零且小于金属管10外径的三倍，以提供多样化的几何结构形态，且有助于设置于小型化装置中。举例来说，当需要弯折热管1时，可将弯曲半径270设定为金属管10外径的两倍至三倍之间，此弯曲条件已可满足大部分构件配置要求。
补充说明的是，于图7所示的截面中，虽热管1于内侧262无毛细结构，但于外侧264的烧结粉末层22b即正对净空区域18的烧结粉末层22b，其厚度大于烧结粉末层22b其它部分的厚度，以增加其传输工作流体的工作量，使得烧结粉末层22b整体传输工作流体效率不因净空区域18的存在而有太大的影响。再补充说明的是，于该第一实施例中，虽弯曲部26承受纯弯曲，但实际操作上不以此为限。例如于弯曲热管1时，同时施以拉力使得弯曲部26的内侧262、外侧264均承受拉应力，此时外侧264承受较大的应力而可能造成烧结粉末层22b破碎或自金属管10剥离；于此情形下，前述净空区域18则宜设置于外侧264，以避免破碎的烧结粉末层22b影响热管1毛细结构整体热传递的效率。
另外，于图7中，弯曲部26的上侧272、下侧274内的应力小于内侧262、外侧264内的应力，故位于上侧272、下侧274的烧结粉末层22b较不易出现破坏问题，故其厚度可加厚以增加传输工作流体的工作量。此外，由于弯曲部26的上侧272、下侧274仍有烧结粉末层22b，故纵使弯曲部26的内侧262、外侧264均无烧结粉末层22b，热管1毛细结构仍是连续，整体热传递的功能仍可有效发挥。此时，热管1可承受更小的弯曲半径，热管1能更适应各种设置空间的限制。
如图6所示，于该第一实施例中，金属管10沿一方向28(以一箭头表示于图中)延伸，净空区域18亦沿方向28延伸至金属管10的一端部，即封闭的开口端14。净空区域18的延伸范围几乎贯穿整个金属管10，但本发明不以此为限。请参阅图8，其为根据第二实施例的热管6的剖面图。热管6与热管1的结构大致相同，主要不同之处在于热管6的净空区域19a(以影线表示其范围)仅自金属管10的中间部位延伸至金属管10的一端，此可通过改变中心棒4的轮廓来完成，例如于中心棒4上形成一阶梯结构。其实施细节自可为本技术领域习知技术者基于前述说明而可了解，并据以实施，故不另赘述。
请参阅图9，其为根据第三实施例的热管制造方法的流程图。图9的流程图大致与图1的流程图相同，主要不同之处在于该第三实施例的中心棒7的固定及取出不同于该第一实施例的中心棒4的固定及取出。以下仅就不同的处进行说明，其余说明可参阅该第一实施例的相关说明。请并参阅图10，图10为根据该第三实施例的一热管8的制造示意图，其中中心棒7已固定。热管8与热管1的结构大致相同，主要不同之处在于热管8的净空区域19b仅限于金属管10的中间部位，另外热管8所使用的中心棒7亦与中心棒4结构不同。中心棒7包含一棒体72及一滑块74，棒体72具有一滑槽722，滑块74具有磁性并以一可滑动的方式设置于滑槽722内。如图9中步骤S230所示，该热管制造方法包括将中心棒7自开口端14插入金属管10内固定，使得滑块74正对净空区域19b；接着固定棒体72，如步骤S232所示，其中棒体72亦采用工具3的夹头32固定。该热管制造方法准备一磁铁9，如步骤S234；接着将磁铁9贴附于金属管10外侧使得滑块74受磁吸作用而滑出滑槽722以紧密接触净空区域19b，如步骤S236所示。
至此，中心棒7已完成固定，半成品的热管8如图10所示，其中中心棒7与金属管10间存在一空隙21。由于热管8于金属管10上定义的净空区域19b(已被滑块74遮住，但以箭头表示其位置)的大小已不同于该第一实施例中净空区域18，故热管8中中心棒7与金属管10间的空隙21亦不同于该第一实施例中空隙20，因此于步骤S140(请参阅图1及前文相关说明)中，热管8中可填充更多的烧结粉末，且烧结粉末层22c(请参阅图11或图12)可覆盖更多金属管10内壁面积，进而热管8可具有更完整的毛细结构。另外，于该第三实施例中，磁铁9为一电磁铁，故实际操作上步骤S236包含对该电磁铁通以电流以产生磁力吸引滑块74；但本发明不以此为限，例如实际操作上，磁铁9可为一永久磁铁，而滑块74则为一具磁性对象，当磁铁9靠近滑块74时，即磁吸滑块74，同样能达到使滑块74紧密接触净空区域19b的目的。
请并参阅图11，图11为根据该第三实施例热管8于烧结后的示意图。当烧结粉末烧结后，需先使滑块74缩入滑槽722中，以能顺利将中心棒7取出。于该第三实施例中，滑块74为一永久磁铁，因此于步骤S236中，该热管制造方法包括以一第一电流方向对该电磁铁通以电流以能磁吸滑块74；而于步骤S260中，该热管制造方法则以相反于该第一电流方向的一第二电流方向对该电磁铁通以电流以产生磁力排斥滑块74，使得滑块74滑入滑槽722中。接着，该热管制造方法即可直接将中心棒7抽出，如步骤S262所示。补充说明的是，于该第三实施例中，该热管制造方法是直接以直流电源对磁铁9通以电流以产生磁场，亦即利用直流电源与磁铁9连接的极性来控制产生的磁极，进而达到控制滑块74的运动。但本发明不以此为限，例如于烧结完后，将磁铁9改放置于金属管10相对净空区域19b的相对侧，亦能磁吸滑块74以使其滑入滑槽722中。又例如于滑槽722内设置弹簧连接滑块74及棒体72，使得于烧结完后，将磁铁9移离，该弹簧即可将滑块74拉回滑槽722中，其中该弹簧产生的弹力可设计为小于磁铁9对滑块74产生的磁力。又例如以其它机构实现滑块74于滑槽722中滑出、滑入的动作，此时磁铁9即可省略。
请参阅图12，其为根据该第三实施例的热管8的剖面图。于中心棒7抽出之后，该热管制造方法执行步骤S170(请参阅图1及前文相关说明)，以形成热管8。如图12所示，因净空区域19b限制在金属管10中间部分，故热管8中烧结粉末层22c仍覆盖金属管10大部分内壁，有效减少净空区域19b对热管8毛细结构传输工作流体效能的影响。于大部分实际上热管弯曲的情形，热管多仅包含单一弯曲部且多位于热管中间部分，因此热管8可适用于大部分弯曲的情形。此外，于该第三实施例中，热管8的净空区域19b虽位于金属管10中间部分，但本发明不以此为限，实际操作上，净空区域19b自可依需要设置于金属管10的其它部位；并且，净空区域19b设置的数量亦自可依需要而定。此外，实际操作上，多个净空区域19b设置的位置不以位于热管8的同侧为限，通过可实现立体弯曲的热管8的应用。
补充说明的是，前述各实施例均以圆形金属管10为例说明，但本发明不以此为限。目前实际操作上需具矩形截面的热管时，惯以将具圆形截面的热管压扁形成，但此工艺会造成热管内毛细结构或多或少的损伤。反的，本发明得直接使用矩形截面的金属管进行热管制造，工艺中使用的中心棒亦配合选用，此时具有非圆形截面的热管即可直接形成，故其毛细结构能无损伤地形成。
如前述说明，本发明的热管制造方法利用中心棒接触部金属管内壁以形成净空区域，进而制造出具有无毛细结构覆盖的净空区域的热管，使用上即得利用此净空区域对热管进行弯曲而不会严重伤及其它区域上的毛细结构，故热管整体可承受相较于现有技术更大的弯曲角度及更小的弯曲半径，进而能适应更多样化的设置环境。简言之，本发明突破现有技术对热管的使用限制，增加热管弯曲结构的多样性，并有效抑制弯曲操作对毛细结构的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.一种热管制造方法，包含下列步骤：
(a)准备一金属管，该金属管具有一封闭端及一开口端，其中于该金属管的内侧壁上定义一净空区域；
(b)固定该金属管；
(c)准备一中心棒；
(d)将该中心棒自该开口端插入该金属管内固定并使该中心棒紧密接触该内侧壁的净空区域，其中该中心棒与该金属管间存有一空隙；
(e)以一烧结粉末填充该空隙；
(f)对该烧结粉末进行烧结以形成一烧结粉末层；以及
(g)取出该中心棒；
其中步骤(d)还包含下列步骤：
(d1)将该中心棒相对该金属管偏心固定；
其中该中心棒具有磁性，步骤(d1)还包含下列步骤：
准备一条状磁铁；以及
将该条状磁铁贴附于该金属管外侧以吸附该中心棒紧密接触该净空区域。
2.一种热管制造方法，包含下列步骤：
(a)准备一金属管，该金属管具有一封闭端及一开口端，其中于该金属管的内侧壁上定义一净空区域；
(b)固定该金属管；
(c)准备一中心棒；
(d)将该中心棒自该开口端插入该金属管内固定并使该中心棒紧密接触该内侧壁的净空区域，其中该中心棒与该金属管间存有一空隙；
(e)以一烧结粉末填充该空隙；
(f)对该烧结粉末进行烧结以形成一烧结粉末层；以及
(g)取出该中心棒；
其中该中心棒包含一棒体及一滑块，该棒体具有一滑槽，该滑块具有磁性并以一可滑动的方式设置于该滑槽内，步骤(d)还包括下列步骤：
(d2)将该中心棒自该开口端插入该金属管内固定，使得该滑块正对该净空区域；
(d3)固定该棒体；
(d4)准备一磁铁；以及
(d5)将该磁铁贴附于该金属管外侧使得该滑块受磁吸作用而滑出该滑槽以紧密接触该净空区域。
3.如权利要求2所述的热管制造方法，其中该磁铁为一电磁铁，步骤(d5)还包含下列步骤：
以一第一电流方向对该电磁铁通以电流以产生磁力吸引该滑块。
4.如权利要求3所述的热管制造方法，其中该滑块为一永久磁铁，步骤(g)还包含下列步骤：
以相反于该第一电流方向的一第二电流方向对该电磁铁通以电流以产生磁力排斥该滑块，使得该滑块滑入该滑槽中。
5.如权利要求1或2所述的热管制造方法，其中步骤(e)还包含下列步骤：
震动该金属管以使该烧结粉末均匀密实堆积。
6.如权利要求1所述的热管制造方法，其特征在于，还包括下列步骤：
(h)注入一工作流体；
(i)封闭该开口端；以及
(j)弯曲该金属管以于该金属管上形成一弯曲部，该净空区域位于该弯曲部的内侧或外侧。
7.如权利要求6所述的热管制造方法，其中于步骤(j)中，该弯曲部的弯曲半径大于零且小于该金属管外径的三倍。
8.一种热管，利用如权利要求1所述的热管的制造方法形成，其特征在于，所述热管包含：
一金属管，该金属管的内侧壁上定义一净空区域，该金属管沿一方向延伸，该净空区域沿该方向延伸至该金属管的一端部；以及
一烧结粉末层，形成于该内侧壁上但未覆盖该净空区域，其中该烧结粉末层正对该净空区域的部分的厚度大于该烧结粉末层其它部分的厚度。
9.如权利要求8所述的热管，其中该金属管为一铜管，该烧结粉末层为一铜烧结粉末层。
10.如权利要求8所述的热管，其中该金属管具有一弯曲部，该净空区域位于该弯曲部的内侧或外侧。
11.如权利要求10所述的热管，其中该弯曲部的弯曲半径大于零且小于该金属管外径的三倍。
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