TWI414740B - 平板式熱管及其製造方法 - Google Patents

Description

平板式熱管及其製造方法

本發明涉及一種熱管及其製造方法，尤係一種平板式熱管及其製造方法。

目前業界普遍採用熱管來解決高速電腦之高密度散熱問題，如熱導管、回路式熱管、以及平板式熱管(Vapor Chamber)等產品。

平板式熱管之工作原理與習知熱管相同，因其具有比習知熱管更大之熱傳導面積，且符合“輕、薄、短、小”之高實用價值，而被大量應用在具有較大散熱面之電子產品上。

如圖1及圖2所示，一般平板式熱管具有以衝壓制程製備之一上蓋板100、與上蓋板100配合之一下蓋板101及在上蓋板100、下蓋板101之間之毛細結構102，工作液體填充至上下蓋板100、101間。該毛細結構102之厚度一致。該下蓋板101中部向下凸伸有一吸熱部103，用以與發熱電子元件接觸。毛細結構102貼設于下蓋板101及吸熱部103之內表面。當吸熱部103吸收發熱電子元件發出之熱量後，貼設於吸熱部103之毛細結構102內之工作液體蒸發以帶走熱量。此時，若毛細結構102太厚，工作液體蒸發所產生之氣泡使毛細結構102與下蓋板101之上表面之間形成一蒸汽層，從 而加大了熱管之熱阻，進而導致下蓋板101之溫度急速上升而造成熱管燒損。若毛細結構102太薄，工作液體蒸發過快而冷凝後之工作液體之回流速度較慢，從而使毛細結構102發生乾燥甚至燒損，從而影響熱管之工作性能。

因此，如何制得最佳毛細結構之平板式熱管，實為相關業者所致力解決之問題。

一種平板式熱管，包括一下蓋板、與下蓋板配合之一上蓋板及貼設于下蓋板內表面之一毛細結構，該下蓋板包括與熱源接觸之一吸熱部、自吸熱部向上傾斜延伸之延伸部，該毛細結構包括與下蓋板之吸熱部貼設之第一毛細段及與下蓋板之延伸部貼設之第二毛細段，該第一毛細段之厚度較第二毛細段之厚度小，且第二毛細段之厚度由其中部向相對兩側遞減。

一種平板式熱管之製造方法，包括以下步驟：(1)提供一下蓋板及與下蓋板配合之一上蓋板，該下蓋板具有一水平之吸熱部、自吸熱部間隔設置、且傾斜向上延伸之二延伸部及自延伸部水平向外延伸之二結合部；(2)提供複數金屬粉體；(3)提供一模具，該模具包括一將上蓋板圍設其內且一端開口之上模蓋及一將下蓋板為設其內且一端開口之下模蓋，將金屬粉體填充至模具內；(4)高溫燒結下蓋板、上蓋板及模具，使模具內之金屬粉體燒結形成一連續之、貼設于下蓋板上表面之一第一毛細結構及貼設于上蓋板下表面之一第二毛細結構，該第一毛細結構包括貼設于下蓋板吸熱部之第一毛細段、貼設於延伸 部之第二毛細段，該第一毛細段較第二毛細段薄；(5)取出模具，並將上蓋板及下蓋板組合以得到本實施例之平板式熱管。

與習知技術相比，本發明之平板式熱管之第一毛細結構之第一毛細段較第二毛細段薄，平板式熱管使用時，第一毛細段吸收下蓋板之吸熱部吸收之熱量後，其內之工作液體能迅速蒸發帶走該等熱量，而第二毛細段內儲存之工作液體能迅速流向第一毛細段，使平板式熱管不發生燒損，從而保證了平板式熱管之傳熱性能。

[習知]

100‧‧‧上蓋板

101‧‧‧下蓋板

102‧‧‧毛細結構

103‧‧‧吸熱部

[本發明]

17‧‧‧第二毛細結構

112‧‧‧吸熱部

114‧‧‧延伸部

116‧‧‧結合部

118‧‧‧側壁

267‧‧‧凸起

154‧‧‧上模腔

10、20、30‧‧‧平板式熱管

11、21、31‧‧‧下蓋板

13、23、33‧‧‧上蓋板

16、26、36‧‧‧第一毛細結構

15、25、35‧‧‧模具

151、251、351‧‧‧下模蓋

152、252、352‧‧‧下模腔

153、253、353‧‧‧上模蓋

161、261、361‧‧‧第一毛細段

163、263、363‧‧‧第二毛細段

165、265、365‧‧‧第三毛細段

1522、2522、3522‧‧‧第一收容段

1524、2524、3524‧‧‧第二收容段

1526、2526、3526‧‧‧第三收容段

1651、2651、3651‧‧‧第一延伸段

1653、2653、3653‧‧‧第二延伸段

1526a、2526a、3526a‧‧‧第一連接段

1526b、2526b、3526b‧‧‧第二連接段

圖1係習知之平板式熱管之分解圖。

圖2係圖1中習知之平板式熱管之組裝圖。

圖3係本發明第一實施例中平板式熱管及與其配合之模具之示意圖。

圖4係圖3中平板式熱管之示意圖。

圖5係本發明第二實施例中平板式熱管及與其配合之模具之示意圖。

圖6係圖5中平板式熱管之示意圖。

圖7係本發明第三實施例中平板式熱管及與其配合之模具之示意圖。

圖8係圖7中平板式熱管之示意圖。

如圖3及圖4所示，為本發明第一實施例之平板式熱管10，其具體 製造過程如下所示：(1)提供一金屬下蓋板11及與下蓋板11配合之一呈內凹、碗狀之平板狀金屬上蓋板13，該下蓋板11以衝壓製成且呈碗狀設置，具有一水平之吸熱部112、自吸熱部112相對兩端傾斜向上、向外延伸之二延伸部114、自延伸部114水平向外延伸之二結合部116以及自結合部116外側末端向上延伸之側壁118；(2)提供複數金屬粉體；(3)提供一模具15，該模具15包括一將上蓋板13圍設其內且一端開口之上模蓋153及一將下蓋板11圍設其內且一端開口之下模蓋151。上模蓋153與上蓋板13共同形成一橫截面呈矩形之上模腔154。該下模蓋151與下蓋板11共同形成一下模腔152。該下模腔152包括對應下蓋板11吸熱部112中部之第一收容段1522、對應延伸部114之第二收容段1524以及對應結合部116之第三收容段1526。該第一、第二、第三收容段1522、1524及1526均為內空之腔室，且依次相互連通。第一收容段1522之橫截面大致呈矩形。第二收容段1524之橫截面大致呈三角形。該第二收容段1524之深度自中部向相對兩端遞減。第三收容段1526包括一第一連接段1526a及自第一連接段1526a一端延伸之一第二連接段1526b。該第一連接段1526a與第二收容段1524相連。該第一連接段1526a之橫截面大致呈梯形。該第二連接段1526b之橫截面大致呈矩形。第二、第三收容段1524、1526之深度均較第一收容段1512之深度大。第三收容段1526之第二連接段1526b深度較第二收容段1524大，且第三收容段1526之深度自第二收容段1524向外遞增。(4)將金屬粉體填充至上、下模腔154、152內；(5)高溫燒結下蓋板11、上蓋板13及模具15，使模具15內之金屬粉體燒結形成一連續、貼設于下蓋板11上表面之一第 一毛細結構16及貼設于上蓋板13下表面之一第二毛細結構17。該第一毛細結構16包括貼設于下蓋板11吸熱部112、一厚度均勻之第一毛細段161、貼設于下蓋板11延伸部114之第二毛細段163及貼設於結合部116之一第三毛細段165。第一毛細段161之橫截面大致呈矩形。該第二毛細段163之橫截面大致呈三角形，沿該下蓋板11截面之長度方向上，其厚度自中部向相對兩端遞減。該第三毛細段165包括一第一延伸段1651及一第二延伸段1653。該第一延伸段1651與第二毛細段163相連，其橫截面大致呈梯形且其厚度自第二毛細段163向外遞增。第二延伸段1653自第一延伸段1651一端延伸，其橫截面大致呈矩形且其厚度與第一延伸段1651之最大厚度相等。第二毛細結構17之橫截面大致呈矩形。第一毛細結構16之第二毛細段163及第三毛細段165之第一延伸段1651之上表面共面，且其上表面相對第一毛細段161的上表面傾斜向上設置。(6)取出模具15，然後將上蓋板13及第二毛細結構17放置在下蓋板11與第一毛細結構之上，將上蓋板13、下蓋板11、第一毛細結構16及第二毛細結構17通過燒結、粘結或焊接之方式組合以得到本實施例之平板式熱管10。此時第一毛細結構16之二第三毛細段165之最外端與第二毛細結構17之最外端相互連接且其內部之孔隙相互連通。

本實施例中，第一毛細段161之厚度沿其延伸方向均勻設置。第一毛細段161之厚度較第二毛細結構17之厚度小。第一毛細段161孔隙之孔徑較第二毛細結構17孔隙之孔徑小，以便第一毛細段161吸收熱量後，其內之工作液體快速沸騰，並脫離第一毛細段 161表面，通過蒸氣通道輸送至第二毛細結構17。

第二毛細段163之平均厚度大於第二毛細結構17之厚度。第三毛細段165之平均厚度大於第二毛細段163之平均厚度，其中，第三毛細段165靠近第二毛細段163之部位之厚度小於第二毛細段163靠近第三毛細段165之部位之厚度，而第三毛細段165其他部位之厚度大於第二毛細段163之厚度。第一毛細結構16之平均厚度自第一毛細段161一端向第三毛細段165末端增加且較第一毛細段161大。因此，第二、第三毛細段163、165相較第一毛細段161能儲存更多之工作液體，以補充第一毛細段161因蒸發而減少之工作液體。當第一毛細段161吸收了平板式熱管10之下蓋板11之吸熱部112吸收之熱量後，其內之工作液體迅速蒸發帶走該等熱量，第二、第三毛細段163、165內儲存之工作液體迅速地流向第一毛細段161，使平板式熱管10不發生燒損。當第二毛細結構17之工作液體冷卻後，第一毛細結構16之第二、第三毛細段163、165快速吸收並儲存該等工作液體，以便保證下個工作迴圈所需之工作液體，從而保證了平板式熱管10之傳熱性能。

請同時參閱圖5至圖6，為本發明第二實施例之平板式熱管20。本實施例中之平板式熱管20與第一實施例中之平板式熱管10之製造過程及方法均相同，其區別在於第一毛細結構26、16之形狀不同。在本實施例中，提供與模具15結構相似之另一模具25與熱管20配合。該模組25具有與熱管20之上蓋板23配合之一上模蓋253及與下蓋板21配合之一下模蓋251。該上模蓋253與模具15之上模蓋153結構相同。該下模蓋251與下蓋板21共同形成一下模腔252。 下模腔252具有第一收容段2522、第二收容段2524及第三收容段2526用以與熱管20之下蓋板21對應。該第三收容段2526具有與第二收容段2524一段連接之第一第一連接段2526a及自第一連接段2526a一段延伸之一第二連接段2526b。該第一收容段2522、第二收容段2524及第三收容段2526之第二連接段2526b之結構與第一實施例中下模腔152之第一收容段1522、第二收容段1524及第三收容段1526之第二連接段1526b之結構相同。本實施例下模腔252與第一實施例中下模腔152之區別在於：本實施例下模腔252之第三收容段2526之第一連接段2526a之深度較第一實施例中下模腔152之第三收容段1526之第一連接段1516a小，且第二、第三收容段2524、2526之連接處形成一向外之三角形凸起2517。如此，平板式熱管20之第一毛細結構26之第二毛細段263與第三毛細段265連接處形成有一三角形之凸起267，從而使第二、第三毛細段263、265共同形成一台階結構。第三毛細段265之第一連接段2651相應位置之厚度較熱管10之第一毛細結構16之第三毛細段165之第一連接段1651厚。該第一連接段2651之最大厚度較第二連接段2653之厚度小。熱管20工作時，其第一毛細段261吸收了平板式熱管20之下蓋板21之之熱量後，其內之工作液體迅速蒸發帶走該等熱量，第二毛細段263內儲存之工作液體迅速之流向第一毛細段261。使用一段時間後，第三毛細段265內儲存之工作液體迅速流向第一、第二毛細段261、263，使平板式熱管20不發生燒損。

請同時參閱圖7至圖8，為本發明第三實施例之平板式熱管30。本實施例中之平板式熱管30與第一實施例中之平板式熱管10之製造 過程及方法均相同，其區別在於第一毛細結構36、16之形狀不同。在本實施例中，提供與模具15結構相似之另一模具35與熱管30配合。該模具35具有一下模蓋351。該下模蓋351之結構與第一實施例中下模蓋151之結構相似，並與熱管30之下蓋板31共同形成一下模腔352。該下模腔具有第一收容段3522、第二收容段3524及第三收容段3526用以與熱管30之下蓋板31對應。該第三收容段3526具有與第二收容段3524一段連接之第一第一連接段3526a及自第一連接段3526a一段延伸之一第二連接段3526b。該第一收容段3522、第二收容段3524及第三收容段3526之第二連接段3526b之結構與第一實施例中下模腔152之第一收容段1522、第二收容段1524及第三收容段1526之第二連接段1526b之結構相同。本實施例下模腔352與第一實施例中下模腔152之區別在於：第三收容段3526之第一連接段3526a與其第二連接段3526b相連之一端之橫截面呈矩形，且深度較第一連接段3526a小。如此，平板式熱管30內部之蒸汽通道較平板式熱管20之蒸汽通道大。在保證平板式熱管30良好傳熱效率之同時，增大了平板式熱管30內部工作液體之蒸汽流通之空間，加大了工作液體與平板式熱管30之接觸，從而加速了工作液體之冷卻。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之申請專利範圍內。

10‧‧‧平板式熱管

11‧‧‧下蓋板

13‧‧‧上蓋板

16‧‧‧第一毛細結構

17‧‧‧第二毛細結構

161‧‧‧第一毛細段

163‧‧‧第二毛細段

165‧‧‧第三毛細段

1651‧‧‧第一延伸段

1653‧‧‧第二延伸段

Claims (14)

1. 一種平板式熱管，包括一下蓋板、與下蓋板配合之一上蓋板及貼設于下蓋板內表面之一毛細結構，該下蓋板包括與熱源接觸之一吸熱部、自吸熱部向上傾斜延伸之延伸部及自延伸部彎折向上延伸之結合部，該結合部抵頂上蓋板，該毛細結構包括與下蓋板之吸熱部貼設之第一毛細段及與下蓋板之延伸部貼設之第二毛細段、與結合部貼設之第三毛細段，其改良在於：該第一毛細段之平均厚度較第二毛細段之平均厚度小，第二毛細段之平均厚度較第三毛細段之平均厚度小，且第二毛細段之厚度沿下蓋板之長度方向由其中部向相對兩側遞減，該第二毛細段厚度較中部小之相對兩端分別連接第一毛細段及第三毛細段。
2. 如申請專利範圍第1項所述之平板式熱管，其中該毛細結構進一步包括貼設于上蓋板下表面之一第二毛細結構，該第二毛細結構之厚度較第一毛細結構之第一毛細段大。
3. 如申請專利範圍第2項所述之平板式熱管，其中該第二毛細結構之厚度小於第一毛細結構之第二毛細段之厚度。
4. 如申請專利範圍第2項所述之平板式熱管，其中該第二毛細結構與第一毛細結構之第三毛細段相互連接。
5. 如申請專利範圍第1項所述之平板式熱管，其中該第一毛細段之橫截面呈矩形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之平板式熱管，其中該第二毛細段之橫截面呈三角形。
7. 如申請專利範圍第1項所述之平板式熱管，其中該第二、第三毛細段之連接處傾斜向上凸伸形成有一凸起，從而使第二、第三毛細段共同形成一台階結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之平板式熱管，其中該第三、第二毛細段之上表面共面，為自第一毛細段上表面傾斜向上延伸之一斜面。
9. 如申請專利範圍第1項所述之平板式熱管，其中該第三毛細段包括自第二毛細段延伸之一第一延伸段及自第一延伸段一端向外延伸之一第二延伸段，該第一延伸段之厚度與第二延伸段不等。
10. 如申請專利範圍第9項所述之平板式熱管，其中該第一延伸段之橫截面呈三角形，該第二延伸段之橫截面呈矩形，第一延伸段之最大厚度與第二延伸段之厚度相等。
11. 如申請專利範圍第9項所述之平板式熱管，其中該第一延伸段之橫截面呈三角形，該第二延伸段之橫截面呈矩形，第一延伸段之最大厚度較第二延伸段之厚度小。
12. 如申請專利範圍第9項所述之平板式熱管，其中該第一延伸段與第二毛細段相連之一端橫截面呈三角形、與第二延伸段相連之一端橫截面呈矩形，第二延伸段之橫截面呈矩形且較第一延伸段之最大厚度大。
13. 一種平板式熱管之製造方法，包括以下步驟：(1)提供一下蓋板及與下蓋板配合之一上蓋板，該下蓋板具有一水平之吸熱部、自吸熱部間隔設置、且傾斜向上延伸之二延伸部及自延伸部水平向外延伸之二結合部；(2)提供複數金屬粉體； (3)提供一模具，該模具包括一將上蓋板圍設其內且一端開口之上模蓋及一將下蓋板為設其內且一端開口之下模蓋，將金屬粉體填充至模具內；(4)高溫燒結下蓋板、上蓋板及模具，使模具內之金屬粉體燒結形成一連續之、貼設于下蓋板上表面之一第一毛細結構及貼設于上蓋板下表面之一第二毛細結構，該第一毛細結構包括貼設于下蓋板吸熱部之第一毛細段、貼設於延伸部之第二毛細段及貼設於結合部之第三毛細段，該第一毛細段之平均厚度較第二毛細段之平均厚度薄小，第二毛細段之平均厚度較第三毛細段之平均厚度小，且第二毛細段之厚度沿下蓋板之長度方向由其中部向相對兩側遞減，該第二毛細段厚度較中部小之相對兩端分別連接第一毛細段及第三毛細段；(5)取出模具，並將上蓋板及下蓋板組合。
14. 如申請專利範圍第13所述之平板式熱管之製造方法，其中該模具收容第一毛細結構之第二毛細段之對應部分之高度沿模具之長度方向自中部向相對兩端遞減。