JP2005308387A - ヒートパイプおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒートパイプの製造方法を提供する。
【解決手段】 密閉空間と内壁を有するパイプ、前記パイプの前記内壁の上に形成される毛細構造、および前記パイプの中に包含される作動流体を含み、前記毛細構造は、パイプに金型を加工した後、前記パイプの前記内壁に形成されるヒートパイプ。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ヒートパイプおよびその製造方法に関するものである。

技術の進歩に伴って、電子装置の単位面積当たりのトランジスタの数は益々多くなり、動作時の発熱量を増加させている。また一方で、電子装置の作業効率も益々高くなり、トランジスタ動作時のオン／オフ切換えがもたらす熱量（スイッチ ロス）も電子装置の発熱量が増加する原因である。近年は、半導体製造工程とＩＣ設計技術の著しい発展により、チップの計算速度も大幅に高まり、そのためにチップを動作させている時、熱エネルギーは、クロック周波数の増加に伴って上がる。仮に、これらの熱量に適当な処理ができなければ、チップの計算速度の低下を招き、チップの寿命にまで大きく影響する。

よって、どのように効果的にこの熱エネルギーを処理するか、現在の仕方は、全てファンと散熱フィンを別に加えてチップの場所を効果的な動作温度に維持する方法を用いている。迅速に熱エネルギーを導出するために、ファンの回転を加速すると、電力消費と騒音量を増加させる。また、散熱フィンの設置を増加すると、導熱機能を増すことができるが、利用可能な空間が減少する。また、ヒートパイプ（ｈｅａｔ ｐｉｐｅ）が小さい断面積と低温度差を備えていて、大量の熱を比較的長い距離に伝送でき、且つ、電源供給を増設する必要なく動作できることから動力の提供をする必要がないのと、空間利用の経済性の考慮のもとに、ヒートパイプが電子製品の中に広く用いられるようになった。

図１を参照する。従来のヒートパイプの製造方法のフローチャートを示している。一般の従来のヒートパイプの製造方法は、以下のステップを含む。まず、ステップ１０２では、中空銅管のパイプを提供する。この中空銅管の一端は、既に封口されている。次にステップ１０４では、パイプの中に一つの棒材を挿入する。中空銅管の一端が既に封口されていることから、一般的に言えば、封口は、外側に突出した円錐状になり、よって、棒材の一端を外側に突出した円錐状の封口の頂端に配置し、固定することができる。よって、パイプの内壁と棒材の間に固定した隙間を有する空間を形成する。用いられる棒材は、例えば、ステンレススティール、石墨棒、またはその他の材料の剛性棒材である。

また、ステップ１０６では、銅粉をパイプ内壁と棒材間の間隙の中に充填する。製造工程の需要に基づいて、この外に、圧縮を行って銅粉を焼結することができる。また、ステップ１０８では、充填した銅粉の焼結がパイプ内壁に毛細構造を形成する。次に、ステップ１１０では、棒材をパイプから取り出し、ステップ１１２で、作動流体を注入する。ここで、形成された毛細構造の違いに基づいて、作動流体の注入と、バキュームを行う順序を適応させて変えた後、封口をする。最後に、ステップ１１４で、完成した円柱状のヒートパイプを曲げ、または扁平状に平らにし、後に続く発熱した電子装置に用いられる散熱モジュールの必要とする形状に合わせる。

しかし、ヒートパイプの製造が完成した後、実際に用いるためには、元の円く、まっすぐなヒートパイプに再加工し、湾曲状、または扁平状のヒートパイプにしなければならない。このため、曲げられたパイプの局部領域、または扁平状に平らにされた局部領域の中は、ヒートパイプ内部の毛細構造がダメージを受け、導熱の機能を失い、ヒートパイプ全体の導熱能力を低下させている。最大損失は、七割以上にも昇り、それが招く影響は軽視できない。

よって、上述の問題を解決するために、本発明は、ヒートパイプの製造方法を提供する。

まず、ヒートパイプの形状に加工を行ってからヒートパイプ内部の毛細構造を形成する。従来のパイプ内部の毛細構造が後に続く加工の時にダメージを受けるのを避け、完全な毛細構造を保持し、ヒートパイプ全体の導熱能力を高めることができるヒートパイプの製造方法を提供する。

本発明の目的に基づいて、ヒートパイプとその製造方法を提供する。ヒートパイプは、電子装置の散熱モジュールの中に用いられ、且つ、電子装置の散熱モジュールの形状に基づいた金型を必要とする。この製造方法は、以下のステップを含む。（ａ）パイプを提供する；（ｂ）加工をし、パイプを形成する；（ｃ）金型棒材をパイプの中に挿入する；（ｄ）毛細構造を形成する；（ｅ）金型棒材とパイプを分離する；および（ｆ）作動流体を注入し、密閉空間を形成する。

本発明のもう一つの目的に基づいて、ヒートパイプの製造方法を提供する。以下のステップを含む：（ａ）パイプを提供する；（ｂ）加工をし、パイプを形成する；（ｃ）金型棒材をパイプの中に挿入する；（ｄ）金型棒材とパイプを分離する；（ｅ）毛細構造を形成する；および（ｆ）作動流体を注入し、密閉空間を形成する。

加工をし、パイプを形成するステップでは、パイプを湾曲または扁平にする方式を用いて形成する。金型棒材の表面は、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙を一定にさせる複数の突状物を有する。突状物の材料は、毛細構造と同じであることができ、毛細構造を形成する時、毛細構造の原料の一つになる。または、金型棒材とパイプを分離する前、突状物は、加熱された後、蒸発または液体化する。金型棒材の材料は、可撓性を有する材料であり、直接、パイプから取り出すことができる。また、金型棒材は、毛細構造を形成する材料と同じで、より低い燃焼点を有する材料からなることができる。または、金型棒材の材料は、有機溶剤で溶解される材料、例えば、高分子有機物であることができる。金型棒材は、有機溶剤で溶解される方式で、パイプと分離させる。有機溶剤は、例えば、アセトンである。

本発明のヒートパイプの製造方法は、まず、ヒートパイプの形状の加工を行った後、ヒートパイプの内部の毛細構造を形成する。この方法は、従来のパイプ内部の毛細構造が後に続く加工のためにダメージを受けるのを避け、完全な毛細構造を保持し、ヒートパイプ全体の導熱能力を高めることができる。また、この方法を用いて製造されたヒートパイプは、電子装置の散熱モジュールの中で用いられ、且つ、電子装置の散熱モジュールの必要な形状に基づいて、先に金型を作り、ヒートパイプを電子装置の表面に充分に接触できるようにし、散熱効果を高める。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。

図２を参照する。本発明の第一実施例に基づいたヒートパイプの製造方法のフローチャートを示している。本実施例のヒートパイプの製造方法は、以下のステップを含む。まず、ステップ２０２では、パイプを提供する。パイプの材料は、例えば、プラスチック、金属、合金、または非金属材料である。本実施例では、好ましい銅管を用いて例とする。また、ステップ２０４では、後に用いる発熱電子装置の散熱モジュールが必要な形状のために、まずパイプを曲げ、平らにし、またはその他の方式でパイプを湾曲状、扁平状、またはその他の形状にする。

続いて、ステップ２０６では、パイプの中に一金型棒材を挿入し、パイプ内壁と金型棒材の間に固定の間隙を有する空間を形成する。パイプが既に湾曲または扁平状に加工されていることから、用いられる金型棒材の材料は、可撓性を備える材料でなければならない。また、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙空間を一定に維持するために、金型棒材の表面にはその他に複数の突状物を配置している。複数の突状物の厚さが一定であることから、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙空間となり、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙を一定にさせる。

ステップ２０８では、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙空間に銅粉を充填する。続いて、ステップ２１０では、毛細構造を形成する。毛細構造は、網状の毛細構造、繊維状毛細構造、焼結毛細構造、または溝状毛細構造であることができる。毛細構造の形成方法は、多種あるが、例えば、焼結、接着、充填、堆積などがある。本実施例が銅管をパイプとしていることから、このステップでは、銅粉、またはその他の金属合金粉末を用い、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙空間に充填した後、熱を加えて燒結し、パイプ内壁に充填された銅粉を毛細構造に形成する。また、異なる製造工程の要求に基づいて、熱を加えて燒結をする前に、他に銅粉の圧縮を行い、銅粉を緊密にさせた後に熱を加えて燒結し、異なる毛細孔のサイズまたは異なる構造の毛細構造を形成する。ここで、特に注意しなければならないのは、仮に異なる材料を用いて充填物とする場合、対応する溶剤または接合材を加えて用いることがあり、銅紛が緊密に充填する作用を増加する。同時に、熱を加えて燒結する前に、乾燥のステップ、または接合材を取り除くステップを対応して加え、溶剤または接合材を取り除く。

ステップ２１２では、金型棒材とパイプを分離する。最後に、ステップ２１４で、作動流体を注入し、バキュームを行い、パイプのもう一端を封口した後、ヒートパイプの製造工程を完成する。作動流体は、例えば、無機化合物、水、アルコール、水銀などの液体金属、ケトン、ＨＦＣ−１３４ａなどのクロロフルオロカーボン（ＣＦＣｓ）、またはその他、有機化合物を含む。一般的には、最も用いられる作動流体は水である。ここでは、形成された毛細構造の違い、作動流体の間に対応する表面張力の違いに基づいて、作動流体の注入とバキュームを行う順序を適応させて変えた後、封口する。一般的には、仮に燒結した毛細構造を形成する場合、先に作動流体の注入を行い、バキュームを行う方式を用いるのが好ましい効果を得る。また、仮に形成した毛細構造が網状の毛細構造、または溝状の毛細構造の場合、先にバキュームを行い、作動流体を注入する方式を用いる方が、先にバキュームをする時に作動流体が余分にバキュームされる欠点を防ぐことができる。

図３を参照する。本発明の第二実施例のヒートパイプの製造方法のフローチャートを示している。本実施例は、第一実施例で記述の製造方法と似ている。まず、パイプ、好ましい銅管を提供する。次にステップ３０４では、後に用いる発熱電子装置の散熱モジュールが必要とする形状のために、まずパイプを曲げる、平らにする、またはその他の方式でパイプを湾曲状、扁平状、またはその他の形状にする。

続いて、ステップ３０６では、パイプの中に一金型棒材を挿入し、パイプ内壁と金型棒材の間に固定の間隙を有する空間を形成する。ステップ３０８では、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙空間に銅粉を充填する。本実施例が銅管をパイプとして用いることから、このステップでは、銅粉、またはその他の金属合金粉末を用い、パイプ内壁と金型棒材の間の間隙空間に充填する。また、用いる銅粉の粒サイズと形成したい毛細構造の孔隙サイズに基づいて、その他の異なる製造工程ステップの設計を行うことができる。例えば、銅粉を充填した後、更に銅粉の圧縮を行い、銅粉をより緊密な接合にする。ここで、特に注意しなければならないのは、仮に異なる材料を用いて充填物とする場合、対応する溶剤または接合材を加えて用いることがあり、銅紛が緊密に充填する作用を増加する。同時に、毛細構造を形成する前に、乾燥のステップ、または接合材を取り除くステップを対応して加え、溶剤または接合材を取り除く。

続いて、ステップ３１０では、金型棒材とパイプを分離する。次に、ステップ３１２で、毛細構造を形成する。毛細構造の形成方法は、多種あるが、例えば、焼結、接着、充填、堆積などがある。最後に、ステップ３１４で、作動流体を注入し、バキュームを行い、パイプのもう一端を封口した後、ヒートパイプの製造工程を完成する。ここでは、形成された毛細構造の違い、作動流体の間に対応する表面張力の違いに基づいて、作動流体の注入とバキュームを行う順序を適応させて変えた後、封口する。一般的には、仮に燒結した毛細構造を形成する場合、先に作動流体の注入を行い、バキュームを行う方式を用いるのが好ましい効果を得る。また、仮に形成した毛細構造が網状の毛細構造、または溝状の毛細構造の場合、先にバキュームを行い、作動流体を注入する方式を用いる方が、先にバキュームをする時に作動流体が余分にバキュームされる欠点を防ぐことができる。

第一実施例と異なる所は、本実施例はまず、金型棒材とパイプを分離した後、熱を加えて燒結して毛細構造を形成する。この二つのステップの実施順序は、異なる製造工程の必要に基づいて調整することができる。用いる金型棒材の材料は、可撓性を備える材料の他に、金型棒材の表面に複数の突状物が好ましく配置されているものの外、用いられる金型棒材の材料は、毛細構造を形成する材料と同じで、より低い燃焼点を有する材料からなることができる。または、用いられる金型棒材の材料は、有機溶剤で溶解される材料であることができる。

金型棒材の材料が可撓性を有する材料からなる時、金型棒材を前記パイプの中から直接取り出し、前記パイプと分離させることができる。また、金型棒材の材料が可撓性を有する材料で、金型棒材の表面に複数の突状物が好ましく配置されている時、突状物の材料は、毛細構造と同じであり、燒結して毛細構造を形成する時、突状物は直接、焼結され、毛細構造の原料の一つになる。または、突状物の材料は、毛細構造を形成する材料と同じ、より低い燃焼点の材料からなり、焼結の時に、加熱された後、蒸発または液体化する。

金型棒材が毛細構造を形成する材料と同じ、より低い燃焼点の材料からなる時、金型棒材は、加熱された後、直接、蒸発または液体化し、パイプと分離させる。または、金型棒材の材料は、有機溶剤で溶解される材料であることができる。よって、金型棒材が有機材料で溶解された後、前記パイプと分離される。例えば、金型棒材の材料が高分子有機物を用いた時、用いられる有機溶剤は、アセトンである。

以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

従来のヒートパイプの製造方法のフローチャートである。 本発明の第一実施例に基づいたヒートパイプの製造方法のフローチャートを示している。 本発明の第一実施例に基づいたヒートパイプの製造方法のフローチャートを示している。

Claims (12)

1. 密閉空間と内壁を有するパイプ、
   前記パイプの前記内壁の上に形成される毛細構造、および
   前記パイプの中に包含される作動流体を含み、
   前記毛細構造は、パイプに金型を加工した後、前記パイプの前記内壁に形成されるヒートパイプ。
2. 電子装置の散熱モジュールの中に用いられ、且つ、前記電子装置の散熱モジュールの必要な形状に基づいて形成され、前記パイプを加工し、成型するステップは、湾曲、または扁平の方式を用いて前記パイプを成型する請求項１に記載のヒートパイプ。
3. 前記毛細構造は、網状の毛細構造、繊維状毛細構造、焼結毛細構造、または溝状毛細構造によって構成されたグループの中の一つから選ばれ、且つ、前記毛細構造は、焼結、接着、充填、堆積によって構成されたグループの中の一つを用いた方法から選ばれ、前記パイプの前記内壁に形成される請求項１に記載のヒートパイプ。
4. 前記作動流体は、無機化合物、水、アルコール、液体金属、ケトン、クロロフルオロカーボン（ＣＦＣｓ）、有機化合物によって構成されたグループの中の一つから選ばれる請求項１に記載のヒートパイプ。
5. パイプを提供するステップ、
   前記パイプを加工し、成型するステップ、
   前記パイプの中に金型棒材を挿入するステップ、
   前記金型棒材と前記パイプを分離するステップ、
   毛細構造を形成するステップ、および
   作動流体を注入し、密閉空間を形成するステップを含むヒートパイプの製造方法。
6. 電子装置の散熱モジュールの中に用いられ、且つ、前記電子装置の散熱モジュールの必要な形状に基づいて形成され、前記パイプを加工し、成型するステップは、湾曲、または扁平の方式を用いて前記パイプを成型する請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
7. 前記金型棒材の表面は、複数の突状物を有し、前記パイプ内壁と前記金型棒材の間の間隙を一定にさせ、前記突状物の材料は、前記毛細構造と同じであり、前記毛細構造を形成する時、前記毛細構造の原料の一つになる請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
8. 前記金型棒材の表面は、複数の突状物を有し、前記パイプ内壁と前記金型棒材の間の間隙を一定にさせ、前記金型棒材と前記パイプを分離する前、前記突状物は加熱され、蒸発または液体化する請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
9. 前記金型棒材の材料は、可撓性を有する材料であり、且つ、前記金型棒材は、直接、前記パイプから取り出すことができ、前記パイプと分離させ、または、前記金型棒材は、前記毛細構造を形成する材料と同じで、より低い燃焼点の材料からなり、且つ、前記金型棒材は加熱され、蒸発または液体化して前記パイプと分離させる請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
10. 前記金型棒材の材料は、有機溶剤で溶解される材料であり、前記金型棒材は、前記有機溶剤で溶解される方式で、前記パイプと分離させる請求項５に記載のヒートパイプの製造方法。
11. 前記金型棒材の材料は、高分子有機物であり、前記有機溶剤は、アセトンである請求項１０に記載のヒートパイプの製造方法。
12. （ａ）パイプを提供するステップ、
    （ｂ）前記パイプを加工し、成型するステップ、
    （ｃ）前記パイプの中に金型棒材を挿入するステップ、
    （ｄ）毛細構造を形成するステップ、
    （ｅ）前記金型棒材と前記パイプを分離するステップ、および
    （ｆ）作動流体を注入し、密閉空間を形成するステップを含むヒートパイプの製造方法。

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