TWI425179B - 熱管及其製作方法 - Google Patents

Description

熱管及其製作方法

本發明係有關於一種熱管，尤指一種用於電子裝置之發熱源的熱管及其製作方法。

隨著電腦之中央處理器(CPU)的運算速度不斷提昇，其所產生的發熱量亦越來越高，以往由鋁擠型散熱器及風扇所組成的散熱裝置，已不能滿足目前之中央處理器的使用需求，於是有業者陸續開發出具有更高導熱效能的熱管(heat pipe)，並將其與散熱器作組合，以有效地解決現階段的散熱問題；然而，熱管內部的結構設計，將關係到熱管內部氣體及液體流動速率和空間使用問題；本發明人基於前述問題而對熱管及其製作方法進行創新發明。

習知的熱管，主要包括一金屬管體、一毛細結構及一工作流體，其中金屬管體具有一密封容腔，毛細結構係環設附著於金屬管體的內壁面部位，而工作流體則被填入於金屬管體之密封容腔內，並在毛細結構內側形成有一氣體通道，如此以構成一熱管。

然而，習知的熱管，雖然具有對發熱源所產生的熱量進行氣、液相的變化傳輸，但是環設於金屬管體內壁面的毛細結構，將使金屬管體內部的氣體通道被大幅度的縮小，且此等毛細結構的內表面係為粗糙面，更加對內部氣體的流動速率造成阻礙，前述問題皆是造成熱管熱傳導效能不彰的要因；著實有待加以改善者。

本發明之一目的，在於提供一種熱管及其製作方法，其係藉由在金屬管體內部形成有光滑表面的氣體通道，可有效地擴增氣體通道的傳輸空間，且能加速內部氣體的流動速率，而大幅度的提昇熱管的導熱效能。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種熱管，包括一金屬管體、一毛細結構及一工作流體，該金屬管體內部具有一密封腔室，沿著該金屬管體長度方向依序形成有一蒸發段、一絕熱段及一冷凝段；該毛細結構包含一第一毛細結構及連接於該第一毛細結構的二條形第二毛細結構，該第一毛細結構附著於該蒸發段內壁部位，該二第二毛細結構間隔附著於該蒸發段、該絕熱段及該冷凝段內壁部位，並在該二第二毛細結構之間形成有一氣體通道，該氣體通道具有一光滑表面；該工作流體封入於該密封腔室內。

為了達成上述之目的，本發明係提供一種熱管製作方法，其步驟包括：

a)提供具有一封閉端的一金屬管體；

b)將一芯棒插入該金屬管體內，該芯棒之一部份周緣與該金屬管體內壁貼接，另一部份周緣則與該金屬管體內壁形成有一間距；

c)將一金屬粉末從該間距填入該金屬管體內；

d)對該金屬粉末進行加溫燒結；

e)將該芯棒取出，於該金屬管體內部形成有一第一毛細結構及連接於該第一毛細結構的二條形第二毛細結構，該二第二毛細結構之間形成有一氣體通道，該氣體通道具有一光滑表面；以及

f)將一工作流體填入該金屬管體內部，並對該金屬管體施以除氣及封口。

本發明還具有以下功效，由於第一毛細結構與第二毛細結構的不同粒度和孔隙配置，使內部的冷凝液體可快速流回蒸發段，以有效地克服熱管乾燒(dry out)現象。另藉由熱管的扁狀型態，可廣泛應用在日益薄型化的電子裝置中，而更增加其使用範疇。

有關本發明之詳細說明及技術內容，配合圖式說明如下，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

本發明提供一種熱管，如第七圖所示，該熱管1主要包括一金屬管體10、一毛細結構20及一工作流體30。

金屬管體10可預先成型為一扁狀型態，此金屬管體10橫向剖斷面係由二平板101及二弧形板102所共同圍設而成(如第五圖所示)。在金屬管體10內部具有一密封腔室11，沿著金屬管體10長度方向依序形成有一蒸發段12、一絕熱段13及一冷凝段14；在蒸發段12之下方平板101外表面凸伸成型有一凸部103(如第四圖所示)，且於凸部103內形成有一凹槽104。

毛細結構20包含一第一毛細結構21及連接於第一毛細結構21的二條形第二毛細結構22，第一毛細結構21附著於蒸發段12內壁部位，此二條形第二毛細結構22、23間隔附著於蒸發段12、絕熱段13及冷凝段14內壁部位，並在此二第二毛細結構22、23之間形成有一氣體通道24(如第六圖所示)，此氣體通道具有一光滑表面241。

進一步說明，此毛細結構20係以金屬粉末所燒結而成，而第一毛細結構21形成於前述下方平板101之凹槽104內(如第四圖所示)，各第二毛細結構22、23分別形成於前述弧形板102上(如第五圖所示)；另，第一毛細結構21的金屬顆粒小於第二毛細結構22的金屬顆粒，且第一毛細結構21的內部孔隙小於各第二毛細結構22、23的內部孔隙；又，在冷凝段14之各第二毛細結構22、23的金屬顆粒大於在蒸發段12之各第二毛細結構22、23的金屬顆粒；再者，於冷凝段14之各第二毛細結構22、23內部孔隙大於在蒸發段12之各第二毛細結構22、23的內部孔隙。

工作流體30可為純水等液體，其係封入於前述金屬管體10之密封腔室11內。

請參照第一至七圖所示，本發明係提供一種熱管製作方法，本實施例熱管製作方法的步驟包括：

S100：提供具有一封閉端15的一金屬管體10(如第二圖所示)；在此步驟中，此金屬管體10可為銅或銅合金等材質，先將一圓形金屬管體10以成型模具(圖末示出)壓掣此金屬管體10而成一扁狀型態，此扁狀金屬管體10係由二平板101及二弧形板102所共同圍設而成，並在其右側下方的平板101外表面成型有一凸部103，於凸部103內形成有一凹槽104；再對凸部103端施以壓合及焊接封口而形成有一封閉端105，而在金屬管體10遠離封閉端105的一側則預留有一開口端106。

S110：將一芯棒5插入該金屬管體10內，該芯棒5之一部份周緣與該金屬管體10內壁貼接，另一部份周緣則與該金屬管體10內壁形成有一間距A(如第三圖所示)；在此步驟中，係將一長條狀矩形芯棒5插入金屬管體10內，此矩形芯棒5上下表面係被金屬管體10之平板101內壁面所夾掣而相互貼接，而矩形芯棒5左右表面則與金屬管體10之弧形板102內壁面形成有一間距A，且此間距A係與前述凹槽104相互連通。

S120：將一金屬粉末6從該間距A填入該金屬管體10內(如第四及五圖所示)；在此步驟中，係將金屬材料所製成的粉末從前述開口端16的間距A填入金屬管體10內，實際製作時先將小顆粒的金屬粉末6填入金屬管體10內，並搖晃金屬管體10而使小顆粒的金屬粉末6填充於前述凹槽104及金屬管體10下段的間距A內(如第四圖所示)；其後再將大顆粒的金屬粉末6填入於金屬管體10中段至上段的間距A內，藉以在金屬管體10之中段至上段部位成型有孔隙小於金屬管體10之下段部位孔隙的毛細結構(如第五圖所示)。

S130：對該金屬粉末6進行加溫燒結；在此步驟中，係以加溫燒結(Sintering)製程對填入金屬管體10的金屬粉末6進行燒結而固化。

S140：將該芯棒5取出，於該金屬管體10內部形成有一第一毛細結構21及連接於該第一毛細結構21的二條形第二毛細結構22、23，該二第二毛細結構22、23之間形成有一氣體通道24，該氣體通道24具有一光滑表面241(如第六圖所示)；在此步驟中，可左、右搖晃此芯棒5，而使毛細結構20與芯棒5產生鬆動現象，再將芯棒5從金屬管體10內部中取出；如此，可在金屬管體10內部形成有第一毛細結構21、第二毛細結構22、23及氣體通道24，且在金屬管體10與芯棒5相互貼接的表面形成有二光滑表面241。

S150：將一工作流體30填入該金屬管體10內部，並對該金屬管體10施以除氣及封口(如第七圖所示)。在此步驟中，將金屬管體10呈直立狀或傾斜狀擺設，再將純水等工作流體30填入金屬管體10內部。其次以加溫等除氣裝置將金屬管體10內部的氣體排出，同時對金屬管體10之開口端106進行壓合及焊接封口，即可在金屬管體10內部形成有前述密封腔室11。

此外，本發明之製作方法更可包括一步驟S160，其係可在步驟S140或步驟S150之後施行，此步驟S160係以一成型裝置對該金屬管體10之該凸部103進行整平加工(如第八圖所示)，在此步驟中，係以壓、沖床等成型裝置對凸出下方平板101的凸部103進行壓平加工，使此凸部103與平板101外表面在同一平面上。

請參照第九至十三圖所示，本發明熱管另一製作方法，其中步驟S300：提供具有一封閉端15的一金屬管體10(如第九圖所示)；在此步驟中，係將一圓形金屬管體10以成型模具(圖未示出)將此金屬管體10壓掣成一扁狀型態，且此扁狀金屬管體10係由二平板101及二弧形板102所共同圍設而成。

S310：將一芯棒5’插入該金屬管體10內，該芯棒5’之一部份周緣與該金屬管體10內壁貼接，另一部份周緣則與該金屬管體10內壁形成有一間距A(如第十圖所示)；在此步驟中，係將一長條狀矩形芯棒5’插入金屬管體10內，此矩形芯棒5’前端設有一凹面51，此芯棒5’係被金屬管體10之平板101內壁面所夾掣而相互貼接，而在金屬管體10對應於凹面51區域形成有一容槽B，另於矩形芯棒5’左右表面則與金屬管體10之弧形板102內壁面形成有一間距A，且此間距A係與前述容槽B相互連通。

其次，S320：將一金屬粉末6從該間距A填入該金屬管體10內(如第十一及十二圖所示)；S330：對該金屬粉末6進行加溫燒結；S340：將該芯棒5取出，於該金屬管體10內部形成有一第一毛細結構21及連接於該第一毛細結構21的二條形第二毛細結構22、23，該二第二毛細結構22、23之間形成有一氣體通道24，該氣體通道24具有一光滑表面241(如第十三圖所示)；S350：將一工作流體30填入該金屬管體10內部，並對該金屬管體10施以除氣及封口(圖未示出)。其中步驟S320~S350與前述步驟S120~S150內容大致相同，因此不再一一重覆贅述。

請參照第十四圖所示，為本發明熱管結合散熱鰭片組應用在發熱源使用狀態圖，本發明的熱管1之冷凝段14可供一散熱鰭片組7套接，此散熱鰭片組7係由多數散熱鰭片所組合而成，而熱管1之蒸發段12則貼接於一發熱源8上，此發熱源8運作後所產生的熱量，將傳遞給蒸發段12而使內部工作流體30受熱而汽化，此等氣體將從氣體通道24快速流經絕熱段13而到達冷凝段14，同時將熱量帶離發熱源8，藉由冷凝段14外部的散熱鰭片組7的散熱降溫作用，將使到達冷凝段14的氣體被凝結為液體，並從各第二毛細結構22、23再流回蒸發段12的第一毛細結構21處；如此，不斷的循環運作以構成熱管的傳熱機制。

綜上所述，本發明之熱管及其製作方法確可達到預期之使用目的，而解決習知之缺失，又因極具新穎性及進步性，完全符合發明專利申請要件，爰依專利法提出申請，敬請詳查並賜准本案專利，以保障發明人之權利。

＜本發明＞

1．．．熱管

10．．．金屬管體

101．．．平板

102．．．弧形板

103．．．凸部

104．．．凹槽

105．．．封閉端

106．．．開口端

11．．．密封腔室

12．．．蒸發段

13．．．絕熱段

14．．．冷凝段

20．．．毛細結構

21．．．第一毛細結構

22、23．．．第二毛細結構

24．．．氣體通道

241．．．光滑表面

30．．．工作流體

A．．．間距

B．．．容槽

5、5’．．．芯棒

51．．．凹面

6．．．金屬粉末

7．．．散熱鰭片組

8．．．發熱源

第一圖　係本發明熱管製作流程圖。

第二圖　係本發明之金屬管體與芯棒立體分解圖。

第三圖　係本發明之芯棒插入金屬管體組合示意圖。

第四圖　係第三圖之4-4剖視圖。

第五圖　係第三圖之5-5剖視圖。

第六圖　係本發明熱管立體外觀圖。

第七圖　係第六圖側向剖視圖。

第八圖　係本發明熱管另一實施例剖視圖。

第九圖　係本發明另一製作方法之金屬管體與芯棒立體分解圖。

第十圖　係本發明另一製作方法之芯棒插入金屬管體組合示意圖。

第十一圖　係第十圖之11-11剖視圖。

第十二圖　係第十圖之12-12剖視圖。

第十三圖　係本發明另一製法所製成的熱管立體外觀圖。

第十四圖　係本發明熱管結合散熱鰭片組應用在發熱源使用狀態圖。

1．．．熱管

10．．．金屬管體

11．．．密封腔室

12．．．蒸發段

13．．．絕熱段

14．．．冷凝段

21．．．第一毛細結構

23．．．第二毛細結構

30．．．工作流體

Claims (8)

1. 一種熱管，包括：一金屬管體，其內部具有一密封腔室，沿著該金屬管體長度方向依序形成有一蒸發段、一絕熱段及一冷凝段；一毛細結構，包含一第一毛細結構及連接於該第一毛細結構的二條形第二毛細結構，該第一毛細結構附著於該蒸發段內壁部位，該二第二毛細結構間隔附著於該蒸發段、該絕熱段及該冷凝段內壁部位，並在該二第二毛細結構之間形成有一氣體通道，該氣體通道具有一光滑表面；以及一工作流體，封入於該密封腔室內；其中該蒸發段外表面凸伸成型有一凸部，在該凸部內形成有一凹槽，該第一毛細結構填置於該凹槽中；其中該第一毛細結構和該二第二毛細結構皆為金屬粉末燒結而成，該第一毛細結構的顆粒尺寸小於各該第二毛細結構的顆粒尺寸。
2. 如請求項第1項所述的熱管，其中該熱管為一扁狀熱管。
3. 如請求項第2項所述的熱管，其中該熱管主要由二平板及二弧形板所共同圍設而成。
4. 如請求項第3項所述的熱管，其中該第一毛細結構形成於該平板上。
5. 如請求項第3項所述的熱管，其中該第二毛細結構形成於該弧形板上。
6. 一種熱管製作方法，其步驟包括：a)提供具有一封閉端的一金屬管體，該金屬管體被成型為一扁狀，該扁狀金屬管體主要由二平板及二弧形板所共同圍設而成，其中之一的該平板外表面成型有一凸部，於該凸部內側形成有一凹槽；b)將一矩形芯棒插入該金屬管體內，該芯棒上下表面係被該二平板內壁面所夾掣貼接，該芯棒左右表面則與該二弧形板內壁面形成有一間距，該間距係與該凹槽相互連通；c)先將小顆粒的金屬粉末填入該金屬管體底段，再將大顆粒的金屬粉末填入於該金屬管體中段至上段；d)對該金屬粉末進行加溫燒結；e)將該芯棒取出，於該金屬管體內部形成有一第一毛細結構及連接於該第一毛細結構的二條形第二毛細結構，該二第二毛細結構之間形成有一氣體通道，該氣體通道具有一光滑表面；以及f)將一工作流體填入該金屬管體內部，並對該金屬管體施以除氣及封口。
7. 如請求項第6項所述的熱管製作方法，其中步驟a)中該扁狀金屬管體選自一圓形金屬管體以一成型模具壓掣而成。
8. 如請求項第6項所述的熱管製作方法，其更包括一步驟g)，其係以一成型裝置對該凸部進行整平加工。