TWI427256B - 熱管及其毛細結構之製作方法 - Google Patents

Description

熱管及其毛細結構之製作方法

本發明係涉及一種傳熱裝置，特別涉及一種應用於電子元件散熱領域之熱管及其毛細結構之製作方法。

目前，由於熱管具有較快之傳熱速度，而廣泛應用於電子元件散熱領域。

常用之熱管包括一密閉容器、設於密閉容器內之一吸液芯及適量之工作液體，該熱管一端為蒸發端而另一端為冷凝端。當熱管蒸發端受熱時，工作液體蒸發汽化，蒸汽在微小壓差下流向冷凝端放出熱量後凝結成液體，液體在吸液芯之毛細力作用下回流到蒸發端，從而使熱量由熱管蒸發端迅速傳至冷凝端。而熱管之工作性能受毛細力與滲透性二因素之影響，該二因素隨著吸液芯之毛細結構之毛細孔隙之大小而變化，當毛細孔隙較小時，其具有較大毛細力，可驅動凝結液體進入毛細結構內並向蒸發端回流，但另一方面，毛細孔隙之減小亦使工作液體回流之摩擦力和粘滯力增大，即工作液體回流阻力增大，導致工作液體回流速度慢，易使產品性能不良。而當毛細孔隙較大時，工作液體受到較小之回流阻力，然，凝結液體吸入毛細結構之毛細力亦會隨之減小，不利於工作液體之回流，同樣易導致產品性能不良。

有鑒於此，有必要提供一種性能較好之熱管。

一種熱管，包括外殼及設於外殼內之毛細結構，所述毛細結構包括底層及凸設於所述底層上之複數凸起，所述底層結合於所述外殼上，所述凸起間隔設置，從而於每相鄰之兩凸起間形成一溝槽，所述底層靠近溝槽底端之部分形成為溝槽之溝部，所述溝部與凸起區域之毛細結構具有不同之毛細半徑及孔隙率。

一種熱管之毛細結構之製作方法，包括：根據所需毛細結構之孔徑與孔隙率，選擇與毛細結構之孔徑與孔隙率相近之開孔海綿作為毛細結構製作之基材；電鍍前活化處理，以在海綿表面形成電鍍表層；將具有起鍍表層之海綿置入電鑄槽內進行電鑄；將電鑄好之銅毛細結構進行高溫燒結，去除銅網內之海綿組織，形成具有三維網狀交聯結構之毛細結構；將具有三維網狀交聯結構之毛細結構切割或壓制成所需要之溝槽形狀，使毛細結構包括一底層及形成於所述底層上間隔排列之複數凸起與溝槽，所述底層靠近溝槽底端之部分與凸起區域之毛細結構具有不同之毛細半徑及孔隙率。

上述熱管中，所述溝部區域之毛細結構具有與所述凸起區域之毛細結構不同之毛細半徑及孔隙率，從而使該毛細結構之毛細半徑及孔隙率較大之區域之工作液體回流阻力減少，而該毛細結構之毛細半徑及孔隙率較小之區域之工作液體毛細力增加，有利於提高熱管內之工作流體之滲透性與流動性，使熱管具有良好之傳熱性能。

11、21‧‧‧外殼

111‧‧‧上殼體

112‧‧‧下殼體

13、23‧‧‧毛細結構

131、231‧‧‧底層

132、232‧‧‧凸起

133‧‧‧溝槽

135‧‧‧溝部

圖1為本發明第一實施例之熱管沿徑向之剖面示意圖。

圖2為圖1所示熱管中之毛細結構藉由顯微鏡拍攝之照片示意圖。

圖3為本發明第二實施例之熱管沿徑向之剖面示意圖。

圖1所示為本發明一較佳實施例中之熱管，該熱管為板型，其包括一外殼11及形成於該外殼11內壁上之一毛細結構13。該熱管內充有適量之工作液體，該工作液體選用低沸點化學性質穩定之液體，如乙醇、水等。

該外殼11係由導熱性能良好之材料如銅、銅鋁合金等製成，其包括位於上方之一上殼體111及位於下方之一下殼體112。

該毛細結構13由導熱性能較好之金屬材料製成，如銅或鋁等。圖2所示為該毛細結構藉由顯微鏡拍攝之照片示意圖，該毛細結構13具有三維網狀交聯結構，此結構相對於網狀(mesh)二維平面結構，具有三維立體形狀；相對於溝槽(groove)結構具有更大之毛細力；相對於燒結粉末(sinter power)結構具有更完整之網狀交聯結構與更大之孔隙率，且在受力壓制時，還不易破碎。

請再參照圖1，在本實施例中，該毛細結構13為溝槽型，其包括一底層131及凸設於該底層131上之複數凸起132。該底層131為平板型，其底面緊密貼合於該外殼11之下殼體112上。該等凸起132均為梯形，且其頂面抵頂於該外殼11之上殼體111上。該等凸起132間隔設置，從而於每相鄰之兩凸起132間形成一倒置梯形狀之溝槽133，該底層131靠近溝槽133底端之部分形成為溝槽133之溝部135，所述溝部135區域之毛細結構具有與所述凸起132區域之毛細結構不同之毛細半徑及孔隙率，在本實施例中，所述溝部135區域之毛細結構較凸起132區域之毛細結構之毛細半徑及孔隙率小。

上述熱管中，由於所述溝部135區域之毛細結構具有與所述凸起132區域之毛細結構不同之毛細半徑及孔隙率，從而使該毛細結構13之毛細半徑及孔隙率較大之區域(第一實施例中之凸起132區域)之工作液體回流阻力減少，而該毛細結構13之毛細半徑及孔隙率較小之區域(第一實施例中之溝部135區域)之工作液體毛細力增加，有利於提高熱管內之工作流體之滲透性 與流動性，使熱管具有良好之傳熱性能。進一步地，由於所述凸起132區域之毛細結構之毛細半徑及孔隙率相對較大，故其具有較好之滲透性，從而可使上層之工作液體(靠近散熱器或其他散熱體之工作液體)通過所述凸起132順暢地流動到下層，另，所述凸起132可有效地增加工作液體之蒸發面積，故，有利於增強熱管之散熱及熱傳效果。再者，所述凸起132之頂面抵頂於該外殼11之上殼體111上，所述底層131之底面緊密貼合於該外殼11之下殼體112上，可對外殼11起到加強與支撐作用，以保證熱管具有較高之抗壓性與平面度。

以下以電鍍銅毛細結構簡單說明上述熱管中之毛細結構13之製造方法。

根據產品結構及熱傳量，計算出所需毛細力與毛細半徑，以確定出毛細結構之孔徑與孔隙率；選擇與毛細結構之孔徑與孔隙率相近之開孔海綿(聚酯、聚醚)作為毛細結構製作之基材；電鍍前活化處理，對開孔海綿進行必要之水洗、脫脂處理，之後進行活化進鍍處理(或噴塗導電漆、導電油、化學鍍等)，以在海綿表面形成電鍍表層；電鍍加厚處理，之後將具有起鍍表層之海綿置入電鑄槽內進行電鑄，在達到一定厚度後，取出，進行鑄後處理；將電鑄好之銅毛細結構進行高溫燒結，去除銅網內之海綿組織，即形成具有三維網狀交聯結構之毛細結構；將具有三維網狀交聯結構之毛細結構切割或壓制成所需要之溝槽形狀，本實施中為梯形，即製成上述毛細結構13。

上述製造方法中，可根據產品需要，選擇不同之開孔海綿作為毛細結構不同部位之製作基材，以使毛細結構之不同部位具有不同之毛細半徑及孔隙率，即可使上述毛細結構13之凸起132及溝部135具有不同之毛細半徑及孔隙率，從而達到合理分佈毛細力與滲透性之效果。另，上述製造方法中，亦可選擇相同之開孔海綿作為毛細結構之製作基材，然後藉由壓制之方法 按壓製作好之毛細結構之不同部位，該毛細結構受壓制之部位因受到擠壓而收縮，從而使該部位之毛細半徑及孔隙率變小，同時亦於該處形成溝槽133。

圖3所示為本發明熱管之第二實施例，與第一實施例中之熱管不同的是，該熱管之外殼21為圓環形，該毛細結構23之底層231亦呈圓環形，該底層231之底面貼合於該外殼21之整個內壁上，所述凸起232沿徑向延伸，且其頂面間隔設置，並未抵頂於熱管之外殼21上。

當然，上述熱管之毛細結構13、23之凸起132與溝槽133之形狀亦不限於梯形，還可為方形、三角形等。

綜上所述，本發明符合發明專利之要件，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。

11‧‧‧外殼

111‧‧‧上殼體

112‧‧‧下殼體

13‧‧‧毛細結構

131‧‧‧底層

132‧‧‧凸起

133‧‧‧溝槽

135‧‧‧溝部

Claims (10)

1. 一種熱管，包括外殼及設於外殼內之毛細結構，所述外殼包括位於上方之上殼體及位於下方之下殼體，其改良在於：所述毛細結構包括底層及凸設於所述底層上之複數凸起，所述底層為平板型，其底面緊密貼合於所述外殼之下殼體上，所述凸起間隔設置，從而於每相鄰之兩凸起間形成一溝槽，所述凸起之底面結合於所述底層之頂面上，所述凸起之頂面抵頂於所述外殼之上殼體上，所述底層靠近溝槽底端之部分形成為溝槽之溝部，所述溝部與凸起區域之毛細結構具有不同之毛細半徑及孔隙率。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱管，其中所述溝部區域之毛細結構之毛細半徑及孔隙率較所述凸起區域之毛細結構之毛細半徑及孔隙率小。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱管，其中所述熱管為板型。
4. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱管，其中所述熱管為圓環型。
5. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱管，其中所述凸起與溝槽為梯形、三角形或方形。
6. 如申請專利範圍第1或2項所述之熱管，其中所述毛細結構具有三維網狀交聯結構。
7. 一種熱管之毛細結構之製作方法，包括：根據所需毛細結構之孔徑與孔隙率，選擇與毛細結構之孔徑與孔隙率相近之開孔海綿作為毛細結構製作之基材；電鍍前活化處理，以在海綿表面形成電鍍表層；將具有起鍍表層之海綿置入電鑄槽內進行電鑄；將電鑄好之銅毛細結構進行高溫燒結，去除銅網內之海綿組織，形成具 有三維網狀交聯結構之毛細結構；將具有三維網狀交聯結構之毛細結構切割或壓制成所需要之溝槽形狀，使毛細結構包括一底層及形成於所述底層上間隔排列之複數凸起與溝槽，所述底層靠近溝槽底端之部分與凸起區域之毛細結構具有不同之毛細半徑及孔隙率。
8. 如申請專利範圍第7項所述之熱管之毛細結構之製作方法，其中係選擇不同之開孔海綿作為毛細結構不同部位之製作基材，以使毛細結構之不同部位具有不同之毛細半徑及孔隙率。
9. 如申請專利範圍第7項所述之熱管之毛細結構之製作方法，其中所述溝部區域之毛細結構之毛細半徑及孔隙率較所述凸起區域之毛細結構之毛細半徑及孔隙率小。
10. 如申請專利範圍第9項所述之熱管之毛細結構之製作方法，其中係選擇相同之開孔海綿作為毛細結構之製作基材，然後藉由壓制之方法按壓製作好之毛細結構之不同部位，所述毛細結構受壓制之部位因受到擠壓而收縮，從而使該部位之毛細半徑及孔隙率變小，同時亦於該處形成所述溝槽。