TW201719102A - 複合纖維毛細結構、其製造方法及熱管 - Google Patents

Abstract

本揭露係關於一種複合纖維毛細結構，其包含一第一編織層與一第二編織層，第一編織層是由具有一第一線徑之金屬線構成之呈筒狀之網狀結構；第二編織層是由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結構，第一線徑大於第二線徑，第二編織層包覆於第一編織層外。此外，本揭露亦提供上述複合纖維毛細結構之製造方法及具有上述複合纖維毛細結構之熱管。

Description

複合纖維毛細結構、其製造方法及熱管

本揭露為一種複合纖維毛細結構、其製造方法及熱管，尤指一種由不同線徑之金屬線交織成麻花狀雙層式結構，其內層編織網線徑大於外層編織網線徑之複合纖維毛細結構，及其製造方法與具有該複合纖維毛細結構之熱管。

為降低成本並提高產品應用彈性及競爭力，電腦、智慧型電子裝置、投影機及高功率LED照明產品紛紛朝向輕薄化設計，而空間的縮減卻也導致相關產品面臨更加嚴重的散熱問題，使產品因高溫產生性能及穩定性下降甚至故障。薄型化電子裝置之散熱問題源自局部高溫之產生，例如運算處理單元及LED光源產生區域，為克服局部熱點所造成之產品開發瓶頸，市場急需一薄型化高導熱產品。

就熱管類產品而言，傳統熱管內部具有讓汽相流體流動的蒸汽腔體(Vapor Chamber)及驅使液體回流的毛細結構(Capillary Structure)，當工作液體在蒸發端吸收足夠的熱量變成汽相，此蒸氣流再藉由蒸氣腔體將熱量傳送到冷凝端，此時冷凝端將熱量散出，工作流體由汽相冷卻為液相，再藉由毛細結構讓液相液體回流到蒸發段，以此模式不斷來回循環產生散熱效果，具極佳熱傳導性能，但熱管類產品薄型化之製作工藝與設計相對上會困難許多，其會面臨的挑戰如下：

A.由於薄型化熱管與傳統熱管最大的不同處在於內部的截面積變小，在毛細結構不變的狀態下，壓扁程序雖對液體流通截面積變化差異不大，但當熱管壓得越薄時，蒸汽空間將會變的越 小，也就是蒸汽通道半徑變小，因此相較於傳統熱管，蒸氣壓損就需要額外考量。例如，當薄型熱管由2mm厚度降低至0.8mm時，其有效長度乘最大熱傳量可減少七倍之多。

B.薄型熱管可沿用舊有之燒結、溝槽、金屬網或複合熱管製程，適當將毛細結構區域厚度變薄，直接經過壓扁程序製作，然而這些作法較難製作1mm以下之超薄型熱管，主要是因為扣除上下管壁約0.2~0.3mm厚度之後，內部僅剩下約0.7mm高度的空間，加上毛細結構之厚度會將內部空間全部佔據。因此，必須留下一定空間以維持順暢之蒸氣通道，如此一來，毛細結構之設計與製作方式將會更為要求，才能在毛細壓差、汽相壓損與液相壓損三者之間取得平衡。

C.以熱管扁平化製程必須克服壓扁時壓力不均，導致中央凹陷問題。若產生中央凹陷，熱管與發熱源或冷卻端接觸時將會有較大間隙，導致接觸熱阻提高，另外，因為形變之關係，蒸汽通道截面積將會比預期更小，更使其性能低下。目前常用作法是將毛細結構調整至中央，兼顧支撐作用，另外亦可利用加熱法，使熱管內部壓力提高，於壓扁製程階段時對外產生推力，避免產生不必要之形變。扁平化後熱管之結構強度亦必須符合使用上壓力差變化，才不會使結構脆弱處大氣壓力壓扁，或是運作時內部壓力太大而爆管之問題。

目前已經有許多熱管製造業者針對低於1mm之超薄型熱管設計不同之毛細結構製作方式，主要可分為燒結、溝槽、金屬網、纖維束或複合熱管製程，燒結製程主要沿用燒結管製程並稍作改良，製作特殊模具，使燒結銅粉固定於銅管內部某一區塊，再經過壓扁程序製作超薄型熱管，燒結製程雖可製作毛細力較強之毛細結構，但製程難度與成本較高，且較難以應用於未來更薄型化之產品。至於以溝槽與金屬網製作之毛細結構雖具有成本優勢，但由於其毛細半徑較大難以獲得足夠之毛細力。因此，有許多業者提出複合式毛細結構設計以提升性能，卻也導致製程難度與成本增加。目前適用於超薄型熱管之毛細結構中，纖維束設計具有 較小之線徑可獲得較高的毛細力及更小高度之支撐結構。但傳統之同軸編織毛細結構由於僅透過複數金屬絲交織而成，其各金屬絲間的間隙雖然可提供毛細傳輸作用，但因其中心部位呈空心長管狀的結構，壓製後只可得到又扁又寬的鬆散毛細結構，無法獲得較為密實且集中的毛細結構，其雜亂分布於流道內之設計將導致較高流動阻力，導致性能降低。

據此，薄型化熱管之毛細結構其毛細傳輸效果不如一般熱管，需要以特定設計尋求毛細結構與管體內部蒸氣流通道的平衡，才能有效發揮其應有的毛細傳輸力。

在一實施例中，本揭露提出一種複合纖維毛細結構，其包含：一第一編織層，由具有一第一線徑之金屬線構成之呈筒狀之網狀結構；以及一第二編織層，由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結構，第一線徑大於第二線徑，第二編織層包覆於第一編織層外。

在一實施例中，本揭露提出一種複合纖維毛細結構之製造方法，其包含：備置一芯線；於芯線外包覆一第一編織層，第一編織層係由具有一第一線徑之金屬線構成之網狀結構；於第一編織層外包覆一第二編織層，第二編織層係由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結構，第一線徑大於第二線徑；以及將芯線取出。

在一實施例中，本揭露提出一種熱管，其包含：一腔體，為一封閉真空腔體，內部填充有工作流體；以及一複合纖維毛細結構，設置於腔體內，其包括：一第一編織層，由具有一第一線徑之金屬線構成之呈筒狀之網狀結構；以及一第二編織層，由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結 構，第一線徑大於第二線徑，第二編織層包覆於第一編織層外。

100‧‧‧複合纖維毛細結構

110‧‧‧第一編織層

111、121‧‧‧金屬線

120‧‧‧第二編織層

130‧‧‧芯線

200‧‧‧腔體

300‧‧‧熱管

400‧‧‧複合纖維毛細結構之製造方法之流程

402~408‧‧‧步驟

T‧‧‧厚度

h‧‧‧高度

ψ 1‧‧‧第一線徑

ψ 2‧‧‧第二線徑

圖1為本揭露之複合纖維毛細結構之一實施例之立體結構示意圖。

圖2為圖1實施例之A部放大結構示意圖。

圖3為圖1實施例之B-B剖面結構示意圖。

圖4為本揭露之複合纖維毛細結構之製造方法之流程圖。

圖5為本揭露之熱管之外觀結構示意圖。

圖6為圖5之C-C剖面放大結構示意圖。

圖7為本揭露之熱管與傳統毛細結構熱管運作功率與熱阻比較圖。

請參閱圖1至圖3所示，本揭露提出之複合纖維毛細結構100，其包含一第一編織層110與一第二編織層120，第一編織層110是由複數至少一股之具有一第一線徑ψ 1之金屬線111交錯編織構成之呈筒狀之網狀結構。第二編織層120是由複數至少一股之具有一第二線徑ψ 2之金屬線121交錯編織構成之網狀結構，第一線徑ψ 1大於第二線徑ψ 2，第二編織層120包覆於第一編織層110外。金屬線111、121係由具導熱性之金屬材質構成。

如圖2所示第二編織層120是由四股一束之金屬線121交錯編織，然不限於此，視實際設計而決定金屬線121之股數，第一編織層110之金屬線111同理。

關於複合纖維毛細結構100之製造方法，請參閱圖3及圖4所示，本揭露提出之複合纖維毛細結構之製造方法之流程400，其包含：步驟402：備置一芯線130；芯線130之材質不限，具有一定硬度足以承受第一編織層110及第二編織層120纏繞而不致變形或斷裂即可；步驟404：於芯線130外包覆一第一編織層110，第一編織層110係由具有一第一線徑ψ 1之金屬線111構成之網狀結構； 步驟406：於第一編織層110外包覆一第二編織層120，第二編織層120係由具有一第二線徑ψ 2之金屬線121構成之網狀結構，第一線徑第一線徑ψ 1大於第二線徑第二線徑ψ 2；以及步驟408：將芯線130取出。

請參閱圖5及圖6所示，本揭露提出一種薄型之熱管300，由複合纖維毛細結構100與腔體200構成。複合纖維毛細結構100，包含一第一編織層110與一第二編織層腔體120。腔體200與構成第一編織層110與第二編織層腔體120之金屬線皆可採用具導熱性之金屬材質構成，例如，銅、鋁、不銹鋼。熱管300之製造方法，是將原本呈圓筒狀之複合纖維毛細結構100(如圖1所示外觀)放入原本亦呈圓筒狀之腔體200內，而後將腔體200連同複合纖維毛細結構100加工壓扁成圖6所示扁平狀，而後將腔體200一端封閉、抽真空並將工作流體(例如，水)填充於腔體200內，而後再將腔體200另一端封閉，使複合纖維毛細結構100被封閉於腔體200內，構成如圖5所示外型。

請參閱圖6及圖7所示，本揭露並應用此結構製作實施例驗證其效益。如圖6所示，當熱管300之厚度T為1.0mm，腔體200內部高度h=0.7mm，第一編織層110採用第一線徑ψ 1=0.1mm的金屬線，第二編織層120採用第二線徑ψ 2=0.05mm的金屬線，於腔體200內填充約116mg的水為工作流體，其最大熱傳量如圖7所示，可達20W，優於傳統毛細結構熱管之12W，此外，可有效降低超薄型熱管熱阻，如圖7所示，於輸入瓦數為10W時，相較於傳統毛細結構熱管約0.2K/W之熱阻，本揭露之熱阻可降低至約0.1K/W。

綜上所述，本揭露所提供之複合纖維毛細結構，是由不同線徑之金屬線交織成麻花狀雙層式結構，由於位於內層之第一層編織網線徑大於位於外層之第二編織層，因此應用於熱管時，可提供較大的工作流體流動空間，藉以降低流動阻力，而位於外層密集的第二層編織層則可提供較高毛細力，以提高最大熱傳能力。

惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本揭露之特點及功 效，而非用於限定本揭露之可實施範疇，於未脫離本揭露上揭之精神與技術範疇下，任何運用本揭露所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。

110‧‧‧第一編織層

111、121‧‧‧金屬線

120‧‧‧第二編織層

130‧‧‧芯線

ψ 1‧‧‧第一線徑

ψ 2‧‧‧第二線徑

Claims (10)

1. 一種複合纖維毛細結構，其包含：一第一編織層，由具有一第一線徑之金屬線構成之呈筒狀之網狀結構；以及一第二編織層，由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結構，該第一線徑大於該第二線徑，該第二編織層包覆於該第一編織層外。
2. 如申請專利範圍第1項所述之複合纖維毛細結構，其中該第一編織層是由複數至少一股之具有該第一線徑之金屬線交錯編織而成之網狀結構，該第二編織層是由複數至少一股之具有該第二線徑之金屬線交錯編織而成之網狀結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之複合纖維毛細結構，其中其中該等金屬線係由具導熱性之金屬材質構成。
4. 一種複合纖維毛細結構之製造方法，其包含：備置一芯線；於該芯線外包覆一第一編織層，該第一編織層係由具有一第一線徑之金屬線構成之網狀結構；於該第一編織層外包覆一第二編織層，該第二編織層係由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結構，該第一線徑大於該第二線徑；以及將該芯線取出。
5. 如申請專利範圍第4項所述之複合纖維毛細結構之製造方法，其係先決定該第二線徑之尺寸以及該第二編織層之厚度，而後決定該第一線徑之尺寸以及該第一編織層之厚度，以及該芯線之直徑。
6. 如申請專利範圍第4項所述之複合纖維毛細結構之製造方法，其中該第一編織層是由複數至少一股之具有該第一線徑之金屬線交錯編織而成之網狀結構，該第二編織層是由複數至少一股之具有該第二線徑之金屬線交錯編織而成之網狀結構。
7. 如申請專利範圍第4項所述之複合纖維毛細結構之製造方法， 其中該等金屬線係由具導熱性之金屬材質構成。
8. 一種熱管，其包含：一腔體，為一封閉真空腔體，內部填充有工作流體；以及一複合纖維毛細結構，設置於該腔體內，其包括：一第一編織層，由具有一第一線徑之金屬線構成之呈筒狀之網狀結構；以及一第二編織層，由具有一第二線徑之金屬線構成之網狀結構，該第一線徑大於該第二線徑，該第二編織層包覆於該第一編織層外。
9. 如申請專利範圍第8項所述之熱管，其中該第一編織層是由複數至少一股之具有該第一線徑之金屬線交錯編織而成之網狀結構，該第二編織層是由複數至少一股之具有該第二線徑之金屬線交錯編織而成之網狀結構。
10. 如申請專利範圍第8項所述之複合纖維毛細結構，其中該腔體與該等金屬線係由具導熱性之金屬材質構成。