CN1212501C - 热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法 - Google Patents

Abstract

一种热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，是由选取一热管，该热管内径是大于欲制成热管成品的内径，接着切割金属网，使其宽度为上述热管内径的π倍，然后卷曲金属网成柱状，并使其直径小于未经拉伸的热管内径且大于欲制成热管成品的内径，把金属网柱置入热管内并将一端压扁，最后同时拉伸热管与金属网柱至制成热管成品的内径，并使金属网柱紧贴于热管成品内壁，使成型后热管管壳在使用时，能有效降低热阻的方法。

Description

热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法

技术领域

本发明是关于一种热管的制法，特别是关于一种使金属网柱与热管同时拉伸，而能使金属网柱紧贴热管内壁，有效降低热阻的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法。

背景技术

目前的电子、电器等产品在发展的方向上有两大趋势，一是轻薄短小，二则是高性能与多功能化。随着产品内元件发热量的增加与体积的缩小，发热密度也因而快速的提升，若无法提供有效的散热，将会影响到电子、电器产品的性能及可靠度，甚至缩短产品的使用期限。为了解决发热密度快速上升及提供有效的散热方法，使得电子、电器等产品在系统散热设计及构装上成为重要的问题，而热管是一个目前被广泛应用于传热用的重要元件，尤其在笔记型电脑方面，其将微处理器产生的热量(或高发热量元件)由热管传热到散热元件散热，使微处理器保持在正常温度下操作。热管可视为一个具有高热传导率的被动热传元件，由于内部的两相流热传机制，使得热管的传热能力是同样外观尺寸铜金属的数百倍以上，因此，可利用热管具有反应迅速及热阻小的优点，配合热管的使用发展出各型高性能的散热模组，以解决目前各式电子、电器等产品，因性能提升所衍生的散热问题，相对地热管性能的好坏与制造技术，也成为重要的关键。

热管是一个利用两相变化(液、汽)及蒸汽流动的一种热传递装置，由于此装置能够在很小的温差条件下，将热传递至某一距离的长度。如图1所示，工作流体在蒸发段吸收热量蒸发，流向冷凝段放出热量后凝结成液态，再由毛细结构所提供的毛细力流回蒸发段。发展至今，先期在太空及军事领域中被广泛使用。近来由于电子、电器等产品往轻薄短小及高性能与多功能化的趋势发展，造成产品内部元件发热量的增加，发热密度也快速的提升，使得热管自然往电子、电器等产品的应用上发展，如笔记型电脑的散热问题，热管已快速被引入其散热设计之中，成为重要散热元件之一。

现有的热管，一般是由三个部分所构成(请参看图2)，(1)管壳：由金属所制成的密封真空容器，(2)工作流体：利用其蒸发、蒸汽流动、冷凝来传递热量，(3)毛细结构：提供液态工作流体流动的毛细力，一般常用的毛细结构有沟槽(Groove)、金属网(Mesh)、金属烧结(SinteredMetal)。而在选用管壳材料时，必须考虑以下几个因素：相容性及稳定性、高的热传导系数、良好的加工性、强度高、重量要轻、低渗透率、与工作流体有良好的润湿性以及价格便宜。

其次，就热管的热量传递，也可以热阻的观念来分析，整个热管的热阻网路，如图3所示，图3为该热管的热阻网路图；其中R1是热源与热管11加热段间的热阻，R2及R10则是热管11纵向管壁1A的热阻，R3及R9是热管11毛细结构1B的热阻(此部分为管壁1A与毛细现象发生的热阻总和)，R4是热管蒸发段蒸发时液气的热阻，R5是蒸汽轴向流动时的热阻，R6是液体在毛细结构1B中流动时的热阻，R7是热管轴向管壁1A的热阻，R8是热管11冷凝段冷凝时液汽的热阻，R11是热沉与热管11冷凝段间的热阻；在正常工作状态下的热管11传热途径是蒸发部(吸热)→管壁1A→毛细结构1B→工作流体(即蒸汽通道1C)→毛细结构1B→管壁1A→冷凝合(放热)。在一般的情形下液汽界面上与蒸汽轴向的热阻最小，可以忽略不计。而在毛细结构1B中的液体与毛细结构1B本身的有效热阻与工作流体的性质有很大的关系，对于传导率很低的非金属液体而言，此热阻比较大，而对于导热较好的液态金属而言，此热阻较小。在热管11的内部热阻中，R2、R10相当于热交换器的隔板，热阻值相当小，可以忽略不计。R4、R8是来自相变化，其值亦很小。所以，R3、R9支配着热管11内部的热阻，减少该热阻乃是提升热管11性能的关键，必须考虑其所能提供的毛细力以及热阻间的相互关系。所以良好的工作流体应具备有下列的性质：导热系数高、润湿性能好、与毛细结构、管壳材料能长期相容，管壳材料本身的化学成分稳定，不会分解及操作时有适当的饱和蒸汽压；良好的毛细结构，主要在打破液体附着力与液体内聚力的作用，而毛细作用力的大小与液体及毛细材料的性质有关。热管在运作时，液面在蒸发区域因蒸发作用而降低，而液面在冷凝区域则因冷凝现象而增高，此两区域的液面曲度因而有所差(请参看图4(A)及图4(B))，热管即利用此毛细压力差异所提供的力量，使得液态的工作流体由冷凝段流回蒸发段，完成工作流体的循环。

热管在设计与使用时，必须考虑到以下几个重要因素：材料的相容性、操作的温度范围、尺寸、热阻、操作方向、加热功率等，而热管的寿命主要取决于：(1)工作流体与管壳、毛细结构材料的相容性，(2)工作流体的泄漏量。一般而言热管中工作流体的填充量是很少的，即使是很小的泄漏都会影响到热管寿命。

一般常用的毛细结构有沟槽(Groove)、金属网(Mesh)、金属烧结(Sintered Metal，如图1所示)，在沟槽的制造方式已有美国专利专利证号5314010，在金属烧结的制造方式已有美国专利专利证号4274479等，而在金属网毛细结构的制造步骤上，主要是依据热管的长度、内径，先将管壳及金属网裁剪成适当长度(金属网的宽度，宽度为热管内径的π倍，经分条机切割成条状)，次将金属网经由模具初步成形(配合管壳内径型态)，再由夹具插入管内径，将在管外的金属网初形位入管内径，以紧贴于管壁(可减少热阻)，此种金属网的毛细结构制造方式有以下几个缺点：(1)金属网在位入管壳内径的过程中为了紧贴于管壁(可减少热阻)，摩擦力很大(热管越长摩擦力很大)金属网容易造成变形或金属网断裂，(2)如果金属网很容易进入管壳内径，既表示金属网没有紧贴于管壁，热阻必然增加影响热管性能，(3)热管长度越长金属网的放置越难。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，同时拉伸金属网柱与热管，可使得金属网柱能确实紧贴于热管的管壁，在热管使用时，能减少热阻的发生。

本发明的另一目的是在于提供一种热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，其所采用热管的内径较大，使得金属网柱置入热管内时，较没有摩擦产生，同时金属网柱预留的缝口可闭合。

可达成上述发明目的一种热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，其特征在于，至少包括下列步骤：

步骤一：选取一热管，其内径大于欲制成热管成品的内径；

步骤二：切割金属网使其金属网宽度为欲制成热管成品内径的π倍；

步骤三：卷曲金属网成柱状使其直径小于未经拉伸的热管内径且大于欲制成热管成品的内径；

步骤四：置入金属网柱于热管管内并将一端压扁；以及

步骤五：同时拉伸热管与金属网柱至制成热管成品的内径而使金属网柱紧贴于热管成品内壁上。

其中该金属网柱的金属网层数可为多层重叠。

其中该金属网柱的柱缘设有一缝口，方便拉伸时能缩紧闭合。

附图说明

为了进一步了解本发明的特征及技术内容，请详细参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅供参考与说明用，并非对本发明做任何限制，有关附图为：

图1为现有热管的原理示意图；

图2为现有热管管壁结构示意图；

图3为现有热管结构示意图；

图4(A)、4(B)为现有热管工作流体液面示意图；以及

图5为本发明热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法的示意图。

具体实施方式

请参阅图5，图5为本发明的铜网安装方法步骤工作流程示意图，本发明所提供的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，主要包括有五个实施步骤：步骤一：选取一热管11，使其内径大于欲制成热管成品的内径，亦即选取的热管11是采用比所需制成热管成品(制式热管)尺寸的外径及内径稍大的热管11外径D1及内径d，例如：需热管成品尺寸为3mmt 0.3(热管外径3mm，管厚t＝0.3mm，即内径为2.4mm)，则热管11采用4mm 0.3t(即与所需热管成品的内径差1mm)，再者热管11长度L需在拉伸机的操作长度范围内，而一般热管均非很长，故此点倒可以解决。步骤二：取一大片金属网，并切割制成热管成品所需的金属网21，该金属网21的宽度，为热管成品内径的π倍为较佳。步骤三：卷曲金属网21成一金属网柱31，使其直径d4小于上述热管11内径d且大于欲制成热管成品的内径d2，即由模具M1将金属网21制成柱状的金属网柱31，该金属网柱31的直径d4，是小于步骤一的热管11内径d的尺寸且大于所需的热管成品的内径d2尺寸，特别注意的是该金属网柱31柱缘留有一缝口32，以方便拉伸时，可将金属网柱31缩紧闭合(即金属网柱31缩紧时，缝口32可闭合)。本发明可配合热管内径d的型态，使金属网柱31的金属网21层数，可具多层重叠成形并同时拉伸。步骤四：将金属网柱31一端压扁并将金属网柱31置入热管11管内，亦即将金属网柱31置入热管11内时，因热管11管壳内径d较金属网柱31为大，金属网柱31可轻易放入热管11内，而不会产生摩擦问题。再者，为使该金属网柱31与热管11在拉伸时能固定，因此必须将其一端压扁。步骤五：同时拉伸热管11与金属网柱31至制成热管成品的内径d2，并使金属网柱31紧贴于热管111内壁上，亦即将内含金属网柱31的热管11，经由模具M2，配合拉伸机，拉伸成形，此时，加工前的热管11外径D1尺寸，成型为所需的热管成品111的外径D2，而加工前的热管11内径d尺寸，成型为所需热管成品的内径d2，在热管11管壳内的金属网柱31随着拉伸机的拉伸使金属网31成型为金属网33，并同时被压缩而紧贴热管成品111内璧。另外，所制成的含有热管毛细现象的热管管材，再依需要的长度切割成半成品，进行后续制造。

如图5所示，该第1部分选取的热管11，该第2部分的金属网21由第3部分的切割机器切割以形成金属网柱31，再经第4部分将金属网柱31置入热管11内，最后第5部分以拉伸机拉伸并形成热管成品。

本发明毛细现象加工的铜网安装方法，使得热管成品内的金属网的金属网柱，可确实紧贴热管11管壁1A内壁，而能有效降低热阻的一种方法。

本发明所提供的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法具有下列的优点：

(1)本方法所初成型的金属网柱，其直径是小于选取热管的内径尺寸，故金属网柱置入时热管的管壳时，较没有摩擦的产生。

(2)当使用拉伸机同时拉伸金属网柱与热管时，可使金属网所预留的缝口紧缩闭合，也确保金属网柱能紧贴于热管的管壁上，减少摩擦，降低热管使用时热阻的发生。

(3)所制成的热管可再依热管需要的长度切割成半成品，进行后续制造及使用。

上列详细说明是针对本发明的一可行实施例的具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明枝艺精神所为的等效实施或变更，例如：改变拉伸机的类型及采用不同金属材质所制成的金属网等变化的等效性实施例，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，其特征在于，至少包括下列步骤：

步骤一：选取一热管，其内径大于欲制成热管成品的内径；

步骤二：切割金属网使其金属网宽度为欲制成热管成品内径的π倍；

步骤三：卷曲金属网成柱状使其直径小于未经拉伸的热管内径且大于欲制成热管成品的内径；

步骤四：置入金属网柱于热管管内并将一端压扁；以及

步骤五：同时拉伸热管与金属网柱至制成热管成品的内径而使金属网柱紧贴于热管成品内壁上。

2.按权利要求1所述的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，其特征在于，其中该金属网柱的金属网层数可为多层重叠。

3.按权利要求1所述的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法，其特征在于，其中该金属网柱的柱缘设有一缝口，方便拉伸时能缩紧闭合。

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