TWI381144B - 燒結式熱管、其製造方法以及其溝槽導管的製造方法 - Google Patents

Description

燒結式熱管、其製造方法以及其溝槽導管的製造方法

本發明係關於一種燒結式熱管、其製造方法以及其溝槽導管的製造方法，尤其是關於具有溝槽的燒結式熱管、其製造方法以及其溝槽導管的製造方法。

熱管是具有高導熱能力的裝置，尤其是燒結式熱管。習知的熱管包括一毛細構造及一金屬管，毛細構造與金屬管接觸且通常形成在金屬管的內壁。毛細構造的內表面界定出蒸氣通道。

眾所周知地，熱管的一端自熱源吸熱並作用成汽化區段，而另一端將熱排至冷源並冷凝成液態之工作流體。液態之工作流體經毛細構造的毛細吸附作用，自冷端返回至熱端。液態之工作流體在熱端受熱汽化成汽態之工作流體，汽態之工作流體經由蒸氣通道流到冷端並再冷凝成液態之工作流體。其中，毛細構造的管壁可行成有複數個溝槽，其導熱效果特別好，可提升工作流體的導流效果，進而提昇了導熱效率。

如日本專利號碼第3110922號(同台灣申請案號094202974)以及美國專利號碼第7316264(同台灣申請案號094210450)號所提到的製造方法，為提供一具有溝槽內壁的銅管，於裁切後的銅管具有第一端及第二端，先封住第一端，然後再填入金屬粉末及進行粉末燒結。然後，再進行注入工作流體及抽真空，最後封閉第二端。

然而，由於金屬粉末的尺寸不一致，導致尺寸過小的金屬粉末掉入溝槽內。如日本專利號碼第3110922號(同臺灣申請案號094202974)實用新型專利、於燒結後，掉入溝槽內的金屬粉末固著在溝槽內。此對從冷端流到熱端的液態之工作流體來說，無疑形成了阻塞，降低熱管的導熱效果。

而美國專利號碼第7316264(同臺灣申請案號094210450)號所提到的金屬粉末必須大於溝槽管壁的內部溝槽的直徑，但並未提出如何達成此目的，除非特殊製作方式做成，依據一般的作法並無法使全部的金屬粉末達到此目標。

另外，若是溝槽的寬度太大將使得燒結後的毛細現象趨向不明顯，而降低散熱效果。

本發明係有關於一種燒結式熱管、其製造方法以及其溝槽導管的製造方法。燒結式熱管中粉末燒結層的粉末係經過篩選，使粉末的尺寸大於燒結式熱管中溝槽的寬度。如此，可減少粉末掉落進溝槽內的數量，使溝槽內流動的工作流體較不受阻礙而順暢地流動。

根據本發明之第一方面，提出一種燒結式熱管的製造方法。製造方法包括以下步驟。提供一溝槽導管，溝槽導管具有複數個溝槽，每個溝槽沿著溝槽導管的軸向延伸；切割溝槽導管，切割後的溝槽導管具有相對應之一第一端與一第二端；封閉溝槽導管的第一端；篩選出數顆過篩粉末，每顆過篩粉末的外徑大於每個溝槽的寬度；填入過篩粉末於切割後的溝槽導管內；對過篩粉末進行粉末燒結，以形成一粉末燒結層於切割後的溝槽導管的內壁；填充一工作流體於切割後的溝槽導管內；抽出切割後的溝槽導管內的空氣；以及封閉溝槽導管的第二端。

根據本發明之第二方面，提出一種燒結式熱管的溝槽導管的製造方法。製造方法包括以下步驟。提供一空心管材，空心管材係呈捲繞狀；矯直空心管材；拉伸空心管材；以及使用一具有複數個凸齒的模型柱，於空心管材的內壁形成對應於該些凸齒的複數個溝槽，以形成一溝槽導管；其中，每個溝槽的延伸方向實質上平行於溝槽導管的延伸方向。

根據本發明之第三方面，提出一種燒結式熱管。燒結式熱管包括一溝槽導管、一粉末燒結層及一工作流體。溝槽導管具有複數個溝槽及相對應之一第一端與一第二端。溝槽形成於溝槽導管的內壁且每個溝槽的延伸方向實質上平行於溝槽導管的延伸方向，而第一端與第二端係封閉。粉末燒結層形成於溝槽導管的內壁。工作流體填充於溝槽導管內。

為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

以下係提出較佳實施例作為本發明之說明，然而實施例所提出的內容，僅為舉例說明之用，而繪製之圖式係為配合說明，並非作為限縮本發明保護範圍之用。再者，實施例之圖示亦省略不必要之元件，以利清楚顯示本發明之技術特點。

第一實施例

請同時參照第1圖及第2A至2F圖，第1圖繪示依照本發明第一實施例之燒結式熱管的製造方法的流程圖，第2A至2F圖繪示依照本發明第一實施例之燒結式熱管的製造方法示意圖。

於步驟S102中，如第2A圖所示，提供一溝槽導管124。第2A圖為溝槽導管124的剖視圖，溝槽導管124具有數個溝槽108，每個溝槽108沿著溝槽導管124的軸向延伸。溝槽導管124的材質例如是銅或其它金屬。

該些溝槽108的數量較佳但非限定地為80個或80個以上，且每個溝槽108的寬度係較佳但非限定地小於0.1公厘(mm)。

於另一實施態樣中，步驟S102可包括以下二步驟。其中一步驟為：提供如第2B圖所示的空心管材102，空心管材102的材質例如是銅或其它金屬。

另一步驟為：請參照第3圖，其繪示製作第2A圖之溝槽的模型柱示意圖。使用如第3圖所示之具有數個凸齒104的模型柱106，於空心管材102的內壁以例如是擠壓的方式加工出對應於該些凸齒104的數個溝槽108，以形成第2A圖所示的溝槽導管124。其中，模型柱106可應用機械加工或化學蝕刻的方式製成。

請繼續參照第3圖，該些凸齒104係環繞模型柱106的中心軸A1並設於模型柱106的外壁面。由於凸齒104的延伸方向實質上平行於模型柱106的延伸方向，故加工出的溝槽108的延伸方向實質上平行於空心管材102的延伸方向。

較佳但非限定地，該些凸齒104的數量可為80齒或80齒以上。凸齒104的高度並無限定，並且該些凸齒104中相鄰二者之間的間距S1亦無限定，因此每個間距S1可實質上相等或不相等。

此外，每個凸齒的寬度可小於0.1mm，由於加工出的該些溝槽108的數量及外形係對應於該些凸齒104，故溝槽108的寬度D2可小於0.1mm。

然後，於步驟S104中，如第2B圖所示，切割溝槽導管124，例如是將溝槽導管124裁切成數段。切割後的溝槽導管110具有相對應之一第一端112與一第二端114。

然後，於步驟S106中，封閉溝槽導管110的第一端112。例如，先縮小第一端112的口徑，然後再應用點焊方式封閉第一端112。

然後，於步驟S108中，篩選出複數顆過篩粉末122(過篩粉末122繪示於第2E圖)。過篩粉末122的材質例如是金屬。其中，幾乎每顆過篩粉末的外徑大於溝槽108的寬度D2(寬度D2繪示於第2A圖)。

於本步驟S108中，請參照第4圖，其繪示本實施例之過濾元件的示意圖。可使用過濾元件，例如是第4圖所示的篩網116篩選出過篩粉末122。其中，篩網116的網洞內徑D1大於溝槽108的寬度D2，使留在篩網116上的過篩粉末122的外徑大於溝槽108的寬度D2。

透過篩網116，可從尺寸不一致的混合粉末中篩選出所欲尺寸的過篩粉末122，可說是相當方便。進一步地說，本實施例的過篩粉末122並不需要使用其它製程特別製作，只要從一般混合粉末中，即使該混合粉末的顆粒尺寸不一致，透過本實施例的篩網116即可篩選出所欲尺寸的過篩粉末122。篩選前及篩選後的粉末外觀請分別參考附圖1及附圖2。

然後，於步驟S110中，如第2D圖所示，插入一棒體118於溝槽導管110內。其中，棒體118的外徑D3小於溝槽導管110的內徑D4。

然後，於步驟S112中，如第2E圖所示，填入過篩粉末122於溝槽導管110內。過篩粉末122可填入至棒體118與溝槽導管110的內壁之間的空間SP1。

然後，於步驟S114中，對過篩粉末122進行粉末燒結，以形成如第2F圖所示的粉末燒結層120於溝槽導管110的內壁。

然後，於步驟S116中，移除棒體118。

於本實施例中，如第2F圖所示，由於大部份過篩粉末122的外徑大於溝槽108的寬度D2，故可減少過篩粉末122掉落到溝槽108內的數量。因此，在溝槽導管124工作的過程中，於溝槽108內流動的工作流體可不受阻礙而順暢地流動，提升導熱的效果。

雖然第2F圖中過篩粉末122的外形繪示成圓形，然此非用以限制本發明，此技術領域中具有通常知識者應明瞭，過篩粉末122的外形可以是任意外形。

然後，於步驟S118中，填充工作流體(未繪示)於溝槽導管110內。

然後，於步驟S120中，抽出溝槽導管110內的空氣。

然後，於步驟S122中，封閉溝槽導管110的第二端114(第二端114繪示於第2C圖)。例如，先縮小第二端114的口徑，然後再應用點焊方式封閉第二端114。至此，完成本發明第一實施例的燒結式熱管。

本實施例的燒結式熱管中，溝槽108的數目，例如是80個係足夠多，故可使溝槽的寬度D2縮得足夠小，例如可小於0.1mm，使得過篩粉末122更不容易掉落進溝槽108內，如第2F圖及附圖3所示。如此，可提升燒結式熱管的導熱效果。進一步地說，習知熱管的溝槽數目介於55至57個，依據實驗結果，其散熱能力約為25瓦特(Watt)。反觀本實施例的燒結式熱管，其散熱能力約為35瓦特，足見本發明實施例所顯現出來的成效。

此外，本實施例的燒結式熱管的外型可進一步地塑型。舉例來說，在步驟S122之後，燒結式熱管的製造方法可更包括步驟：施以一徑向力(未繪示)於溝槽導管110，以使溝槽導管110呈扁狀。或者，在步驟S122之後，燒結式熱管的製造方法可更包括步驟：折彎溝槽導管110，以使溝槽導管110呈一預定走向，然後再施以徑向力於溝槽導管110，以使溝槽導管110呈扁狀。

第二實施例

請參照第5圖，其繪示依照本發明第二實施例之燒結式熱管的溝槽導管的製造方法流程圖。第二實施例中與第一實施例相同之處沿用相同標號，以下便不再贅述。

於步驟S502中，提供一空心管材(未繪示)。該空心管材係捲繞於一捲盤上的線材，其材質例如是銅金屬或其他材質金屬。

然後，於步驟S504中，從捲盤拉出該空心管材並矯直該空心管材。

然後，於步驟S506中，拉伸該空心管材，以縮小該空心管材的直徑。

然後，於步驟S508中，可使用第3圖的模型柱106，於該空心管材的內壁形成對應於該些凸齒104的複數個溝槽108，以形成如第2A圖所示的溝槽導管124。

由於在步驟S506中，該空心管材經加工變形後溫度上升，因此可提升步驟S508中該空心管材的溝槽108的成形性。

然後，於步驟S510中，可再拉伸溝槽導管124，以使溝槽導管124的直徑符合預定尺寸。

進一步地說，於步驟S506中，為利於模型柱106的加工，該空心管材的直徑可不用拉伸至符合預定尺寸。於本步驟S510中再拉伸溝槽導管124，仍可使最終的溝槽導管124的直徑符合預定尺寸。然此非用以限制本發明，可視實際狀況而定而省略步驟S510。

此外，於步驟S510之後，燒結式熱管的製造方法可更包括步驟：檢測溝槽導管124是否有損傷，若溝槽導管124有損傷，則可將受損的部位進行紀錄，並於第1圖的步驟S104中裁掉此一部分。然後，可進行清洗溝槽導管124之步驟，以去除油汙及氧化雜質。

本發明上述實施例所揭露之燒結式熱管、其製造方法以及其溝槽導管的製造方法，具有多項優點，列舉部份優點說明如下：

(1).過篩粉末並不需要使用其它製程特別製作，只要從一般混合粉末中，即使該混合粉末的顆粒尺寸不一致，透過本實施例的篩網即可篩選出所欲尺寸的過篩粉末。

(2).透過篩網，可從尺寸不一致的混合粉末中篩選出所欲尺寸的過篩粉末，可說是相當方便。

(3).由於大部份的過篩粉末的外徑大於溝槽的寬度，故過篩粉末並不易掉落到溝槽內。因此，在溝槽導管工作的過程中，於溝槽內流動的工作流體可不受阻礙而順暢地流動，有助於提升熱管的導熱效果。然而也有極少數過篩的粉末顆粒小於溝槽的寬度，如附圖4所顯示的燒結後陷入溝槽內，致導熱效果降低的不良品。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102．．．空心管材

104．．．凸齒

106．．．模型柱

108．．．溝槽

110．．．溝槽導管

112．．．第一端

114．．．第二端

116．．．篩網

118．．．棒體

120．．．粉末燒結層

122．．．過篩粉末

124．．．溝槽導管

A1．．．中心軸

D3．．．外徑

D1、D4．．．內徑

D2．．．寬度

S102-S122、S502-S510．．．步驟

S1．．．間距

SP1．．．空間

第1圖繪示依照本發明第一實施例之燒結式熱管的製造方法的流程圖。

第2A至2F圖繪示依照本發明第一實施例之燒結式熱管的製造方法示意圖。

第3圖，其繪示製作第2A圖之溝槽的模型柱示意圖。

第4圖繪示本實施例之過濾元件的示意圖。

第5圖繪示依照本發明第二實施例之燒結式熱管的溝槽導管的製造方法流程圖。

108．．．溝槽

110．．．溝槽導管

120．．．粉末燒結層

122．．．過篩粉末

D2．．．寬度

Claims (13)

1. 一種燒結式熱管的製造方法，包括：提供一空心管材；矯直該空心管材；拉伸該空心管材；以及使用一具有大於80(大於80且不大於136)個凸齒的模型柱，於該空心管材的內壁形成對應於該些凸齒的該些溝槽，以形成該溝槽導管；繼續拉伸該空心管材使其直徑符合預定尺寸並使該溝槽導管具有大於80(大於80且不大於136)個溝槽數以及溝槽寬度小於0.1mm(小於0.1mm且不小於0.02mm)，各該些溝槽沿著該溝槽導管的軸向延伸；檢測該溝槽導管是否有損傷；若該溝槽導管有損傷，紀錄該溝槽導管中損傷的部位；切割該溝槽導管並切掉此受損部位；以及清洗該溝槽導管以去除油污及氧化雜質；切割後的該溝槽導管具有相對應之一第一端與一第二端；封閉該第一端；篩選出複數顆過篩粉末，各該些過篩粉末的外徑大於各該些溝槽的寬度；插入一棒體於切割後之該溝槽導管內，該棒體的外徑小於切割後之該溝槽導管的內徑；填入過篩粉末於該棒體與切割後之該溝槽導管的內壁之間的空間；對該些過篩粉末進行粉末燒結，以形成一粉末燒結層於切割後之該溝槽導管的內壁；移除該 棒體；填充一工作流體於切割後之該溝槽導管內；抽出切割後之該溝槽導管內的空氣；以及封閉該第二端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該空心管材的材質為銅。
3. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中各該些凸齒的延伸方向實質上平行於該模型柱的延伸方向，且該些凸齒係環繞該模型柱的中心軸並設於該模型柱的外壁面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之製造方法，其中該些凸齒中相鄰二者之間的間距實質上相等。
5. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於封閉該第二端之該步驟之後，該製造方法更包括：施以一徑向力於該溝槽導管，以使該溝槽導管呈扁狀。
6. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於封閉該第二端之該步驟之後，該製造方法更包括：折彎該溝槽導管；以及施以一徑向力於該溝槽導管，以使該溝槽導管呈扁狀。
7. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該模型柱係以機械加工的方式製成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該模型柱係以化學蝕刻的方式製成。
9. 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中於該篩選步驟更包括：以一過濾元件篩選出該些過篩粉末。
10. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該過濾元件為一篩網，該篩網的網洞內徑大於各該些溝槽的寬度。
11. 一種燒結式熱管，包括：一溝槽導管，具有大於80(大於80且不大於136)個溝槽數而溝槽寬度小於0.1mm(小於0.1mm且不小於0.02mm)以及相對應之一第一端與一第二端，該些溝槽形成於該溝槽導管的內壁且各該些溝槽沿著該溝槽導管的軸向延伸，而該第一端與該第二端係封閉；一粉末燒結層，形成於該溝槽導管的內壁；以及一工作流體，填充於該溝槽導管內； 其中，該粉末燒結層為透過一篩網所篩選出的複數顆過篩粉末經過燒結所形成而該篩網的網洞內徑大於各該些溝槽的寬度。
12. 如申請專利範圍第11項所述之燒結式熱管，其中該溝槽導管的材質為銅。
13. 如申請專利範圍第11項所述之燒結式熱管，其中該些溝槽中相鄰二者之間的間距實質上相等。