CN106813524A - 复合纤维毛细结构、其制造方法及热管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合纤维毛细结构、其制造方法及热管，复合纤维毛细结构包含一第一编织层与一第二编织层，第一编织层是由具有一第一线径的金属线构成的呈筒状的网状结构；第二编织层是由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，第一线径大于第二线径，第二编织层包覆于第一编织层外。此外，本发明亦提供上述复合纤维毛细结构的制造方法及具有上述复合纤维毛细结构的热管。本发明可以提高薄型化热管的毛细结构的最大热传能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纤维毛细结构、其制造方法及热管，尤指一种由不同线径的金属线交织成麻花状双层式结构，其内层编织网线径大于外层编织网线径的复合纤维毛细结构，及其制造方法与具有该复合纤维毛细结构的热管。
背景技术
为降低成本并提高产品应用弹性及竞争力，计算机、智能型电子装置、投影机及高功率LED照明产品纷纷朝向轻薄化设计，而空间的缩减却也导致相关产品面临更加严重的散热问题，使产品因高温产生性能及稳定性下降甚至故障。薄型化电子装置的散热问题源自局部高温的产生，例如运算处理单元及LED光源产生区域，为克服局部热点所造成的产品开发瓶颈，市场急需一薄型化高导热产品。
就热管类产品而言，传统热管内部具有让汽相流体流动的蒸汽腔体(VaporChamber)及驱使液体回流的毛细结构(Capillary Structure)，当工作液体在蒸发端吸收足够的热量变成汽相，此蒸气流再借由蒸气腔体将热量传送到冷凝端，此时冷凝端将热量散出，工作流体由汽相冷却为液相，再借由毛细结构让液相液体回流到蒸发段，以此模式不断来回循环产生散热效果，具极佳热传导性能，但热管类产品薄型化的制作工艺与设计相对上会困难许多，其会面临的挑战如下：
A.由于薄型化热管与传统热管最大的不同处在于内部的截面积变小，在毛细结构不变的状态下，压扁程序虽对液体流通截面积变化差异不大，但当热管压得越薄时，蒸汽空间将会变的越小，也就是蒸汽通道半径变小，因此相较于传统热管，蒸气压损就需要额外考虑。例如，当薄型热管由2mm厚度降低至0.8mm时，其有效长度乘最大热传量可减少七倍之多。
B.薄型热管可沿用旧有的烧结、沟槽、金属网或复合热管工艺，适当将毛细结构区域厚度变薄，直接经过压扁程序制作，然而这些作法较难制作1mm以下的超薄型热管，主要是因为扣除上下管壁约0.2～0.3mm厚度之后，内部仅剩下约0.7mm高度的空间，加上毛细结构的厚度会将内部空间全部占据。因此，必须留下一定空间以维持顺畅的蒸气通道，如此一来，毛细结构的设计与制作方式将会更为要求，才能在毛细压差、汽相压损与液相压损三者之间取得平衡。
C.以热管扁平化工艺必须克服压扁时压力不均，导致中央凹陷问题。若产生中央凹陷，热管与发热源或冷却端接触时将会有较大间隙，导致接触热阻提高，另外，因为形变的关系，蒸汽通道截面积将会比预期更小，更使其性能低下。目前常用作法是将毛细结构调整至中央，兼顾支撑作用，另外亦可利用加热法，使热管内部压力提高，于压扁工艺阶段时对外产生推力，避免产生不必要的形变。扁平化后热管的结构强度亦必须符合使用上压力差变化，才不会使结构脆弱处大气压力压扁，或是运作时内部压力太大而爆管的问题。
目前已经有许多热管制造业者针对低于1mm的超薄型热管设计不同的毛细结构制作方式，主要可分为烧结、沟槽、金属网、纤维束或复合热管工艺，烧结工艺主要沿用烧结管工艺并稍作改良，制作特殊模具，使烧结铜粉固定于铜管内部某一区块，再经过压扁程序制作超薄型热管，烧结工艺虽可制作毛细力较强的毛细结构，但工艺难度与成本较高，且较难以应用于未来更薄型化的产品。至于以沟槽与金属网制作的毛细结构虽具有成本优势，但由于其毛细半径较大难以获得足够的毛细力。因此，有许多业者提出复合式毛细结构设计以提升性能，却也导致工艺难度与成本增加。目前适用于超薄型热管的毛细结构中，纤维束设计具有较小的线径可获得较高的毛细力及更小高度的支撑结构。但传统的同轴编织毛细结构由于仅通过多个金属丝交织而成，其各金属丝间的间隙虽然可提供毛细传输作用，但因其中心部位呈空心长管状的结构，压制后只可得到又扁又宽的松散毛细结构，无法获得较为密实且集中的毛细结构，其杂乱分布于流道内的设计将导致较高流动阻力，导致性能降低。
据此，薄型化热管的毛细结构其毛细传输效果不如一般热管，需要以特定设计寻求毛细结构与管体内部蒸气流通道的平衡，才能有效发挥其应有的毛细传输力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合纤维毛细结构、其制造方法及热管，以提高薄型化热管的毛细结构的最大热传能力。
为实现上述目的，在一实施例中，本发明提出一种复合纤维毛细结构，其包含：
一第一编织层，由具有一第一线径的金属线构成的呈筒状的网状结构；以及
一第二编织层，由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，第一线径大于第二线径，第二编织层包覆于第一编织层外。
其中，该第一编织层是由多束至少一股的具有该第一线径的金属线交错编织而成的网状结构，该第二编织层是由多束至少一股的具有该第二线径的金属线交错编织而成的网状结构。
其中，其中该金属线由具导热性的金属材质构成。
为实现上述目的，在一实施例中，本发明提出一种复合纤维毛细结构的制造方法，其包含：
备置一芯线；
于芯线外包覆一第一编织层，第一编织层为由具有一第一线径的金属线构成的网状结构；
于第一编织层外包覆一第二编织层，第二编织层为由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，第一线径大于第二线径；以及
将芯线取出。
其中，其为先决定该第二线径的尺寸以及该第二编织层的厚度，而后决定该第一线径的尺寸以及该第一编织层的厚度，以及该芯线的直径。
其中，该第一编织层是由多束至少一股的具有该第一线径的金属线交错编织而成的网状结构，该第二编织层是由多束至少一股的具有该第二线径的金属线交错编织而成的网状结构。
其中，该金属线由具导热性的金属材质构成。
为实现上述目的，在一实施例中，本发明提出一种热管，其包含：
一腔体，为一封闭真空腔体，内部填充有工作流体；以及
一复合纤维毛细结构，设置于腔体内，其包括：
一第一编织层，由具有一第一线径的金属线构成的呈筒状的网状结构；以及
一第二编织层，由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，第一线径大于第二线径，第二编织层包覆于第一编织层外。
其中，该第一编织层是由多束至少一股的具有该第一线径的金属线交错编织而成的网状结构，该第二编织层是由多束至少一股的具有该第二线径的金属线交错编织而成的网状结构。
其中，该腔体与该金属线由具导热性的金属材质构成。
本发明的复合纤维毛细结构、其制造方法及热管，可以提高薄型化热管的毛细结构的最大热传能力。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的复合纤维毛细结构的一实施例的立体结构示意图。
图2为图1实施例的A部放大结构示意图。
图3为图1实施例的B-B剖面结构示意图。
图4为本发明的复合纤维毛细结构的制造方法的流程图。
图5为本发明的热管的外观结构示意图。
图6为图5的C-C剖面放大结构示意图。
图7为本发明的热管与传统毛细结构热管运作功率与热阻比较图。
其中，附图标记：
100：复合纤维毛细结构
110：第一编织层
111、121：金属线
120：第二编织层
130：芯线
200：腔体
300：热管
400：复合纤维毛细结构的制造方法的流程
402～408：步骤
T：厚度
h：高度
ψ1：第一线径
ψ2：第二线径
具体实施方式
请参阅图1至图3所示，本发明提出的复合纤维毛细结构100，其包含一第一编织层110与一第二编织层120，第一编织层110是由多束至少一股的具有一第一线径ψ1的金属线111交错编织构成的呈筒状的网状结构。第二编织层120是由多束至少一股的具有一第二线径ψ2的金属线121交错编织构成的网状结构，第一线径ψ1大于第二线径ψ2，第二编织层120包覆于第一编织层110外。金属线111、121由具导热性的金属材质构成。
如图2所示第二编织层120是由四股一束的金属线121交错编织，然不限于此，视实际设计而决定金属线121的股数，第一编织层110的金属线111同理。
关于复合纤维毛细结构100的制造方法，请参阅图3及图4所示，本发明提出的复合纤维毛细结构的制造方法的流程400，其包含：
步骤402：备置一芯线130；芯线130的材质不限，具有一定硬度足以承受第一编织层110及第二编织层120缠绕而不致变形或断裂即可；
步骤404：于芯线130外包覆一第一编织层110，第一编织层110为由具有一第一线径ψ1的金属线111构成的网状结构；
步骤406：于第一编织层110外包覆一第二编织层120，第二编织层120为由具有一第二线径ψ2的金属线121构成的网状结构，第一线径第一线径ψ1大于第二线径第二线径ψ2；以及
步骤408：将芯线130取出。
请参阅图5及图6所示，本发明提出一种薄型的热管300，由复合纤维毛细结构100与腔体200构成。复合纤维毛细结构100，包含一第一编织层110与一第二编织层腔体120。腔体200与构成第一编织层110与第二编织层腔体120的金属线皆可采用具导热性的金属材质构成，例如，铜、铝、不锈钢。热管300的制造方法，是将原本呈圆筒状的复合纤维毛细结构100(如图1所示外观)放入原本亦呈圆筒状的腔体200内，而后将腔体200连同复合纤维毛细结构100加工压扁成图6所示扁平状，而后将腔体200一端封闭、抽真空并将工作流体(例如，水)填充于腔体200内，而后再将腔体200另一端封闭，使复合纤维毛细结构100被封闭于腔体200内，构成如图5所示外型。
请参阅图6及图7所示，本发明并应用此结构制作实施例验证其效益。如图6所示，当热管300的厚度T为1.0mm，腔体200内部高度h＝0.7mm，第一编织层110采用第一线径ψ1＝0.1mm的金属线，第二编织层120采用第二线径ψ2＝0.05mm的金属线，于腔体200内填充约116mg的水为工作流体，其最大热传量如图7所示，可达20W，优于传统毛细结构热管的12W，此外，可有效降低超薄型热管热阻，如图7所示，于输入瓦数为10W时，相较于传统毛细结构热管约0.2K/W的热阻，本发明的热阻可降低至约0.1K/W。
综上所述，本发明所提供的复合纤维毛细结构，是由不同线径的金属线交织成麻花状双层式结构，由于位于内层的第一层编织网线径大于位于外层的第二编织层，因此应用于热管时，可提供较大的工作流体流动空间，借以降低流动阻力，而位于外层密集的第二层编织层则可提供较高毛细力，以提高最大热传能力。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种复合纤维毛细结构，其特征在于，其包含：
一第一编织层，由具有一第一线径的金属线构成的呈筒状的网状结构；以及
一第二编织层，由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，该第一线径大于该第二线径，该第二编织层包覆于该第一编织层外。
2.根据权利要求1所述的复合纤维毛细结构，其特征在于，该第一编织层是由多束至少一股的具有该第一线径的金属线交错编织而成的网状结构，该第二编织层是由多束至少一股的具有该第二线径的金属线交错编织而成的网状结构。
3.根据权利要求1所述的复合纤维毛细结构，其特征在于，其中该金属线由具导热性的金属材质构成。
4.一种复合纤维毛细结构的制造方法，其特征在于，其包含：
备置一芯线；
于该芯线外包覆一第一编织层，该第一编织层为由具有一第一线径的金属线构成的网状结构；
于该第一编织层外包覆一第二编织层，该第二编织层为由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，该第一线径大于该第二线径；以及
将该芯线取出。
5.根据权利要求4所述的复合纤维毛细结构的制造方法，其特征在于，其为先决定该第二线径的尺寸以及该第二编织层的厚度，而后决定该第一线径的尺寸以及该第一编织层的厚度，以及该芯线的直径。
6.根据权利要求4所述的复合纤维毛细结构的制造方法，其特征在于，该第一编织层是由多束至少一股的具有该第一线径的金属线交错编织而成的网状结构，该第二编织层是由多束至少一股的具有该第二线径的金属线交错编织而成的网状结构。
7.根据权利要求4所述的复合纤维毛细结构的制造方法，其特征在于，该金属线由具导热性的金属材质构成。
8.一种热管，其特征在于，其包含：
一腔体，为一封闭真空腔体，内部填充有工作流体；以及
一复合纤维毛细结构，设置于该腔体内，其包括：
一第一编织层，由具有一第一线径的金属线构成的呈筒状的网状结构；以及
一第二编织层，由具有一第二线径的金属线构成的网状结构，该第一线径大于该第二线径，该第二编织层包覆于该第一编织层外。
9.根据权利要求8所述的热管，其特征在于，该第一编织层是由多束至少一股的具有该第一线径的金属线交错编织而成的网状结构，该第二编织层是由多束至少一股的具有该第二线径的金属线交错编织而成的网状结构。
10.根据权利要求8所述的热管，其特征在于，该腔体与该金属线由具导热性的金属材质构成。
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