TWI407070B - 平板式熱管之製造方法 - Google Patents

Description

平板式熱管之製造方法

本發明係有關於一種平板式熱管製造方法，尤指一種平板式管體一體形成一毛細結構層及毛細結構柱之製造方法。

按，產業不斷發展，冷卻或熱量的移除始終為電子產業發展的一大障礙。隨著高效能的要求、整合度的提高以及多功能的應用，對於散熱的要求也面臨極大挑戰，故對於熱量移轉效率的研發就成為電子工業的主要課題。

散熱片(Heat Sink)通常被使用在將電子元件或系統產生的熱量散逸在大氣之中；而在熱阻較低的情形下，顯示該散熱片具有較高的散熱效率。一般來說，熱阻係由散熱片內部之擴散熱阻以及該散熱片表面與大氣環境之間之對流熱阻所構成；在應用上，高傳導性之材料如銅、鋁等常被用以製作散熱片以降低擴散熱阻；然而，對流熱阻則限制了散熱片的效能，使其無法達成新一代電子元件的散熱要求。

據此，目前市場均著眼於更有效率的散熱機制，並陸續提出具有高導熱效能的熱管(Heat pipe)及均熱板(Vapor chamber)，並將其與散熱器作組合，以有效解決現階段的散熱問題。

請參閱第1圖所示，習知之平板型熱管，係由一第一銅板10及一第二銅板11所構成，其中前述第一銅板10連接對應第二銅板11，以界定一腔室12，前述腔室12係用以容置並填充有一工作流體(如水、液體)，並且第一銅板10及第二銅板11彼此相對表面上各設有毛細結構13，且其恰包覆於該腔室 12內，即，前述毛細結構13如同形成為腔室12內部表面；而一般所習知之毛細結構的主要功能：一、透過液膜效應降低壁面的熱通量；二、增加沸騰成核及增大蒸發面積；三、毛細結構與壁面接觸可阻止蒸氣膜的成長。其中前述工作流體因重力及毛細之作用之故，液體分佈於腔室12內部的毛細結構13上(即為前述第一銅板10及第二銅板11的毛細結構13上)。

並且，前述第一銅板10背對該腔室12之表面貼觸於相對一發熱元件(如中央處理器)的端面上(此時前述第一銅板10即為所稱之蒸發端或稱受熱端)，用以將發熱元件產生的熱量引導至第二銅板11(即為所稱之冷凝端)上散熱，所以當發熱元件產生熱量時，使第一銅板10吸收前述熱量的同時，其內毛細結構13上流動的工作流體會因受熱而蒸發成為蒸汽。 嗣，前述蒸氣迅速流向較冷部位(即為第二銅板11)，直到蒸氣到達第二銅板11放出潛熱後轉變成液體後，透過前述第二銅板11之毛細結構13內的毛細力流回到第一銅板10上，以完成一工作循環達到散熱，但卻延伸另一問題是前述第一銅板10其內毛細結構13上流動的工作流體在相變化過程中不順利會產生下例狀況：(1)隨著熱輸送量的增加而增大工作流體兩相轉換的速度，但毛細結構因孔隙低、滲透率低造成回流的流阻增加，俾使無法適時提供足夠的工作流體回到前述蒸發端，使熱管的受熱端燒乾(dry out)，進而導致均熱及散熱不佳；(2)當熱通量不斷增高時，導致液面的氣體壓力大於液體內的壓力，此時毛細結構內會有蒸氣氣泡的產生，而前述氣泡不僅會阻礙工作流體的回流，也會使熱管的熱傳面與毛細結構間產生了熱阻非常大的蒸氣膜層，以造成熱量無法順利地藉由工作流體轉換帶離蒸發端，使其不斷地在受熱端累積，造成熱管受熱端燒乾(dry out)，進而導致均熱及散熱不佳。

惟，習知技術在使用上有下列問題存在：

1.由於殼體由上、下殼板構成，上下殼體的四側必須預留厚度作為結合密封使用，如此將會令殼體中的工作空間變小，因為工作空間的最大面積必須減掉四側的預留厚度。

2.必須封閉上下殼板的四側，才能令殼體成為一密閉的腔室，製程費工，且成本提升。

緣是，有鑑於上述習用品所衍生的各項缺點，本案之發明人遂竭其心智，潛心研究加以創新改良，終於成功研發完成本件「平板式熱管製造方法」一案，實為一具功效增進之創作。

爰此，為解決上述習知技術之缺點，本發明之主要目的，係提供一種製程簡單、快速且良率提高，成本降低的平板式熱管製造方法。

本發明另一目的係提供一種在一管體內形成一毛細結構層及毛細結構柱，然後壓平該管體，則該毛細結構柱支撐在該壓平後的平板式管體內，防止平板式管體變形及維持其結構強度的平板式熱管製造方法。

為達上述目的本發明係提供一可行實施為一種平板式熱管之製造方法，係包括下列步驟：提供一管體及一中心棒，該管體具有一連續環繞之壁單元界定一腔室，且該腔室在該管體兩端分別形成一第一通口及一第二通口，該中心棒插設在該管體內，且中心棒的外表面相對該腔室的內表面，一填充空間形成在該腔室內表面及該中心棒的外表面之間，該中心棒的外表面形成複數溝槽連通該填充空間，再將燒結粉末填滿該填充空間及該溝槽中，然後對前述填有燒結粉末的管體燒結，經過燒結後，移出該中心 棒，一毛細結構層及一毛細結構柱形成在該腔室的內表面，該毛細結構柱係從該毛細結構層表面凸伸一自由端；將前述的管體壓平，令其成為一平板式管體，並具有一上板部及一下板部，該毛細結構柱的自由端與上板部及下板部其中任一緊貼結合，並進而支撐在該上板部及下板部之間；提供一導管具有一第一端外露在該管體外，及一第二端連通該腔室；將平板式管體的第一通口及第二通口接合密封成一第一封閉側及一第二封閉側以封閉該腔室；將該導管與該平板式管體結合；通過該導管將腔室內的空氣抽出，再通過該導管將工作液體饋入該腔室內，然後封閉該導管的第一端。

為使更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖。

本發明係提供一種平板式熱管製造方法，圖示係為本發明較佳實施例，請參閱第2圖所示本發明包括下列步驟：

步驟1(sp1)：如第3、4圖式，提供一管體11及一中心棒12，該管體11具有一連續環繞之壁單元111界定一腔室112，且該腔室112在該管體11兩端分別形成一第一通口113及一第二通口114，該中心棒12插設在該管體11內，且中心棒12的外表面相對該腔室112的內表面，一填充空間13形成在該腔室112內表面及該中心棒12的外表面之間，該中心棒12的外表面形成複數溝槽121 連通該填充空間13，再將燒結粉末填滿該填充空間13及該溝槽121中，然後對前述填有燒結粉末的管體11燒結，經過燒結後，移出該中心棒12，續如第5圖示，一毛細結構層14及至少一毛細結構柱141形成在該腔室112的內表面，該毛細結構柱141係從該毛細結構層14表面凸伸一自由端1411。

步驟2(sp2)：如第6、7圖示，壓平該管體11，使其成為一平板式管體11，並具有一上板部115及一下板部116，該毛細結構柱141的自由端1411與上板部115及下板部116其中任一緊貼結合，在本較佳實施係顯示該自由端1411與上板部115結合，並進而支撐在該上板部115及下板部116之間。

步驟3(sp3)：如第8圖示，提供一導管15具有一第一端外露在該平板式管體11外，及一第二端連通該腔室112。

步驟4(sp4)：如第9、10圖示，將平板式管體的第一通口113及第二通口114接合密封成一第一封閉側117及一第二封閉側118以封閉該腔室112。

步驟5(sp5)：將該導管15與該平板式管體11結合。

步驟6(sp6)：通過該導管15將腔室112內的空氣抽出，再通過該導管15將工作液體饋入該腔室12內，再封閉該導管15的第一端。

前述燒結粉末為金屬粉末(如銅粉)或陶瓷粉末，且在前述步驟1(sp1)中，填充完燒結粉末的管體11將送至燒結爐中，待燒結成形冷卻後再從燒結爐中取出該管體11，並抽出 該中心棒12。

前述步驟2(sp2)中該自由端1411與上板部115係以擴散結合的方式結合，另外在前述步驟4(sp4)中第一通口113及第二通口114係以擴散結合的方式封閉成第一封閉側117及依第二封閉側118。

另，所述之毛細結構柱亦可為銅質之fiber、mesh或直接以銅柱置入治具中粉末燒結而成，以令毛細結構柱與毛細結構層為相同或不同孔隙度者。

藉由上述的步驟說明，本發明相較習知改進之處如後：

1.在管體11內直接成形一毛細結構層14及至少一毛細結構柱141，然後壓平管體11，令該毛細結構柱141支撐在管體11內，防止平板式管體11變形及維持其結構強度。

2.製程的步驟簡單且快速，且由於步驟簡單則良率相對提高且成本相對降低。

雖然本發明以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附的申請專利範圍所定者為準。

11‧‧‧管體

111‧‧‧壁單元

112‧‧‧腔室

113‧‧‧第一通口

114‧‧‧第二通口

115‧‧‧上板部

116‧‧‧下板部

12‧‧‧中心棒

121‧‧‧溝槽

13‧‧‧填充空間

14‧‧‧毛細結構層

141‧‧‧毛細結構柱

1411‧‧‧自由端

15‧‧‧導管

117‧‧‧第一封閉側

118‧‧‧第二封閉側

sp1~sp6‧‧‧步驟1~6

第1圖 為習知技術示意圖；第2圖 為本發明較佳實施之流程示意圖；第3圖 為本發明較佳實施之管體與中心棒分解立體示意圖；第4圖 為本發明較佳實施之管體與中心棒組合之示意圖；第5圖 為本發明較佳實施之毛細結構層及毛細結構柱形成在該腔室內表面之示意圖；第6圖 為本發明較佳實施之管體壓平之示意圖； 第7圖 為本發明較佳實施之毛細結構柱與上板部結合之示意圖；第8圖 為本發明較佳實施之導管插入平板式管體之示意圖；第9圖 為本發明較佳實施之平板式管體兩側封閉之示意圖；第10圖 為本發明較佳實施之平板式管體長方向剖視示意圖。

sp1~sp6‧‧‧步驟1~6

Claims (6)

1. 一種平板式熱管之製造方法，係包括下列步驟：提供一管體及一中心棒，該管體具有一連續環繞之壁單元界定一腔室，且該腔室在該管體兩端分別形成一第一通口及一第二通口，該中心棒插設在該管體內，且中心棒的外表面相對該腔室的內表面，一填充空間形成在該腔室內表面及該中心棒的外表面之間，該中心棒的外表面形成複數溝槽連通該填充空間，其中該等溝槽係與該中心棒的一縱向軸心平行且從中心棒的一端延伸到另一端，再將燒結粉末填滿該填充空間及該溝槽中，然後對前述填有燒結粉末的管體燒結，經過燒結後，沿著該管體的一軸向移出該中心棒，一毛細結構層及至少一毛細結構柱形成在該腔室的內表面，該毛細結構柱係從該毛細結構層表面凸伸一自由端；壓平該管體，使其成為一平板式管體，並具有一上板部及一下板部具有該毛細結構層，該毛細結構柱支撐在該上板部及下板部之間；利用擴散結合使該毛細結構柱與該上板部及該下板部的其中任一結合，以令該毛細結構柱的自由端與該上板部或下板部的內面的毛細結構層結合；提供一導管具有一第一端外露在該平板式管體外，及一第二端在封閉該第一通口及第二通口前係連通且部分容納於該腔室；利用擴散結合將平板式管體的第一通口及第二通口密封成一第一封閉側及一第二封閉側以封閉該腔室；將該導管與該平板式管體結合；及通過該導管將腔室內的空氣抽出，再將工作液體經該導管饋入該腔室內，並封閉該導管的第一端。
2. 如請求項1所述之平板式熱管之製造方法，其中前述溝槽係形成 在中心棒的一側。
3. 如請求項1所述之平板式熱管之製造方法，其中前述毛細結構層係由填充在該填充空間的燒結粉末形成。
4. 如請求項1所述之平板式熱管之製造方法，其中前述毛細結構柱係由填充在該溝槽的燒結粉末形成。
5. 如請求項1或3或4所述之平板式熱管之製造方法，其中該燒結粉末為金屬粉末或陶瓷粉末。
6. 如請求項1所述之平板式熱管之製造方法，其中前述毛細結構柱亦可為銅質之fiber、mesh或直接以銅柱置入治具中粉末燒結而成。