TWI482938B - 扁平薄型熱導管及其製造方法 - Google Patents

Description

扁平薄型熱導管及其製造方法

本發明涉及一種熱導管，特別涉及一種扁平薄型熱導管及其製造方法。

現階段，熱導管因其具有較高傳熱量的優點，已被廣泛應用於具較大發熱量的電子元件中。該熱導管工作時，利用管體內部填充的低沸點工作介質在其蒸發部吸收發熱電子元件產生的熱量後蒸發汽化，蒸氣帶著熱量運動至冷凝部，並在冷凝部液化凝結將熱量釋放出去，對電子元件進行散熱。該液化後的工作介質在熱導管壁部毛細結構的作用下回流至蒸發部，繼續蒸發汽化及液化凝結，使工作介質在熱導管內部循環運動，將電子元件產生的熱量源源不斷的散發出去。

當今電子產品不斷傾向於輕薄短小方向發展，電子產品在不斷縮小的空間內散熱問題越發變的重要，這就需要散熱產品在走向輕薄短小的同時，更需要有較高的傳熱、散熱性能。

習知熱導管僅採用單一毛細結構，毛細結構一般可分為溝槽型、燒結型、纖維型及絲網型等，所述毛細結構設於熱導管的管壁上或與管壁緊密貼合，在圓形熱導管內可使冷凝部的工作介質及時回流至熱導管的蒸發部。但是，當熱導管打扁後，尤其是打扁至 厚度很薄的時候，所述毛細結構容易出現變形、崩解等狀況，使其液體輸送能力大幅下降，並且整個熱導管的液體輸送能力不能得到其他方式補充，從而導致熱導管最大傳熱量的大幅下降及熱阻的增加。同時因為熱導管的厚度很薄，使用習知的毛細結構會使熱導管內部的蒸氣通道很窄，無法及時將蒸氣從蒸發段運送至冷凝段，這也在很大程度上導致熱導管的最大傳熱量的大幅下降。

有鑒於此，有必要提供一種具較高傳熱性能的扁平薄型熱導管及其製造方法。

一種扁平薄型熱導管，包括中空扁平的管體及設置在管體內的第一毛細結構與第二毛細結構，該管體包括蒸發段及冷凝段，該管體包括頂板及與該頂板相對的底板，第一毛細結構由絲線形成，第一毛細結構從管體的蒸發段延伸至冷凝段，所述第二毛細結構為由粉末燒結形成，所述第二毛細結構為實心結構並設置於管體的蒸發段，所述第二毛細結構連接於管體的頂板與底板之間，所述第一毛細結構在蒸發段與該第二毛細結構連接，第一毛細結構直接連接該管體的頂板與底板。

一種扁平薄型熱導管的製造方法，包括以下步驟：提供一桿體，桿體呈圓柱狀，桿體的外圓週面上沿軸向開設至少一收容槽，該桿體的一端的部分外圓週面上形成一缺口，該缺口與該至少一收容槽連通；提供至少一由絲線形成的第一毛細結構，將該至少一第一毛細結構置入該桿體的該至少一收容槽中；提供一中空的金屬圓管，圓管的內徑與桿體的外徑相當，將該桿體插入圓管中； 將金屬粉末填入位於圓管內的該桿體的缺口中，將該金屬粉末燒結形成一第二毛細結構，第二毛細結構貼附於圓管的部分內壁上且與該至少一第一毛細結構連接；取出桿體；及將圓管打扁成扁平薄型熱導管，使該第二毛細結構位於該扁平薄型熱導管的管體的蒸發段並連接於管體的頂板與底板之間，該至少一第一毛細結構在蒸發段與該第二毛細結構連接，該至少一第一毛細結構從管體的蒸發段延伸至冷凝段，第一毛細結構直接連接該管體的頂板與底板。

與習知技術相比，本發明的扁平薄型熱導管的厚度變薄，第二毛細結構起到支撐作用，確保蒸氣通道不會發生堵塞，使得管體內蒸氣流動順暢。另，燒結粉末型的第二毛細結構設置於管體的蒸發段，有效增加蒸發段的毛細力，使冷凝段冷凝後的液體可以及時運送回蒸發段，防止發生幹燒現象；同時由於在冷凝段中未設置第二毛細結構，而第一毛細結構在冷凝段所佔據的空間相對較少，這可相對增加冷凝段的內部蒸氣通道以供蒸氣順暢流動，同時保證在冷凝段凝結的工作介質通過第一毛細結構回流到蒸發段，從而能保證扁平薄型熱導管具有良好的散熱性能，適用於內部空間狹小的電子設備。

10、20、30‧‧‧扁平薄型熱導管

11、21‧‧‧管體

111、211、311‧‧‧蒸發段

113‧‧‧冷凝段

114‧‧‧頂板

115‧‧‧底板

116、117、216、217‧‧‧側板

118、181‧‧‧內壁

12、13、22、32、33、35‧‧‧第一毛細結構

121‧‧‧壁部

14、24、34‧‧‧第二毛細結構

140‧‧‧通道

141、241‧‧‧第一蒸氣通道

142、242‧‧‧第二蒸氣通道

143‧‧‧第三蒸氣通道

144‧‧‧第四蒸氣通道

145‧‧‧第五蒸氣通道

15‧‧‧桿體

151‧‧‧外圓週面

152、153‧‧‧收容槽

154‧‧‧缺口

155‧‧‧縱向一端

16‧‧‧圓形熱導管

161‧‧‧內壁

17‧‧‧整體結構

18‧‧‧圓管

圖1為本發明第一實施方式的扁平薄型熱導管側視圖。

圖2為圖1所示扁平薄型熱導管的沿II-II橫向剖面示意圖。

圖3為圖1所示扁平薄型熱導管的沿III-III橫向剖面示意圖。

圖4為本發明第二實施方式的扁平薄型熱導管在蒸發段的橫向剖 面示意圖。

圖5為本發明第三實施方式的扁平薄型熱導管在蒸發段的橫向剖面示意圖。

圖6為圖1所示扁平薄型熱導管的一製造方法的流程圖。

圖7為圖6所示製造方法中桿體及圓管的立體示意圖。

圖8為圖6所示製造方法中圓形熱導管的橫向剖面示意圖。

請參閱圖1至圖3，該扁平薄型熱導管10包括一中空扁平管體11、兩個第一毛細結構12、13、第二毛細結構14及注入該管體11內的適量工作介質(圖未示)。

該管體11由銅等具良好導熱性的材料製成，可將其外部的熱量傳遞至其內部。該管體11呈縱長扁平狀且密封，沿其縱向包括一蒸發段111及一冷凝段113，蒸發段111及冷凝段113分別位於管體11的縱向兩端。該管體11為一中空密封腔體，其由一中空圓管壓扁而成，包括一頂板114、一底板115及兩側板116、117。該頂板114與底板115相互平行且上下相對，該兩側板116、117呈弧形，分別位於管體11的兩側並與頂板114和底板115相連，從而使該管體11在與縱向垂直的橫向的截面上形成類似跑道型的輪廓。該管體11內具有光滑的內壁118。

第二毛細結構14為由銅等金屬粉末燒結形成的毛細結構。第二毛細結構14設置於管體11的蒸發段111的中央，且第二毛細結構14為實心結構並連接於管體11的頂板114與底板115之間，第二毛細結構14的兩側分別與管體11的兩個側板116、117之間間隔形成第 一蒸氣通道141與第二蒸氣通道142。

每一第一毛細結構12、13呈一縱長的中空管狀體結構，其由複數銅或不銹鋼等材料製成的絲線編織後形成一單層絲網，在該管狀體內部形成一縱長的通道140，並在該管狀體的壁部121形成複數細小的孔隙，孔隙由絲線編織後形成。在其他實施方式中，每一第一毛細結構12、13也可以編織形成沿其徑向相互層疊的多層絲網。

該兩個第一毛細結構12、13位於第二毛細結構14的橫向左、右兩側，且在蒸發段111分別與第二毛細結構14的兩側連接固定成一整體結構17。每一第一毛細結構12、13沿縱向從該管體11的蒸發段111延伸至冷凝段113。每一第一毛細結構12、13的中空管狀體在管體11內被壓扁成扁平狀，並分別與管體11的頂板114、底板115連接。在管體11的蒸發段111，位於左側的第一毛細結構12與管體11左側的側板116間隔形成所述第一蒸氣通道141，位於右側的第一毛細結構13與管體11右側的側板117間隔形成所述第二蒸氣通道142，所述第一蒸氣通道141及第二蒸氣通道142可供蒸氣通過，即該整體結構17與管體11的蒸發段111的內壁118之間形成可供蒸氣通過的所述第一蒸氣通道141及第二蒸氣通道142。在管體11的冷凝段113，兩個第一毛細結構12、13之間間隔於冷凝段113的中央形成第三蒸氣通道143，第一毛細結構12與管體11的左側板116之間間隔形成第四蒸氣通道144，第一毛細結構13與管體11的右側板117之間間隔形成第五蒸氣通道145，所述第三蒸氣通道143、第四蒸氣通道144及第五蒸氣通道145可供蒸氣通過，第四蒸氣通道144與第一蒸氣通道141沿縱向連通，第五蒸氣通道 145與第二蒸氣通道142沿縱向連通。

該工作介質為水、酒精、甲醇等具較低沸點的物質。當管體11的蒸發段111與熱源接觸時，該工作介質從蒸發段111處吸熱蒸發成汽體，蒸氣溢散至位於蒸發段111的通道140、第一蒸氣通道141及第二蒸氣通道142中，蒸氣帶著熱量從通道140、第一蒸氣通道141與第二蒸氣通道142往冷凝段113運送，並經由通道140、第三蒸氣通道143、第四蒸氣通道144及第五蒸氣通道145運動至冷凝段113，在冷凝段113放熱後凝結成液體，將熱量釋放出去，完成對發熱元件(圖未示)的散熱。第一毛細結構12、13及第二毛細結構14提供毛細力使在管體11的冷凝段113凝結形成的工作介質回流至蒸發段111，實現工作介質在管體11內的循環運動，以完成對發熱元件的持續散熱。

在扁平薄型熱導管10的打扁成形過程中，第二毛細結構14在蒸發段111起到支撐作用，確保蒸氣通道不會發生堵塞，使得管體11內蒸氣流動順暢。另，燒結粉末型的第二毛細結構14設置於管體11的蒸發段111，與第一毛細結構12、13一起有效增加蒸發段111的毛細力，使冷凝段113冷凝後的液體可以及時運送回蒸發段111，防止發生幹燒現象；同時由於在冷凝段113中未設置第二毛細結構14，而第一毛細結構12、13在冷凝段113所佔據的空間相對較少，這可相對增加冷凝段113的內部蒸氣通道以供蒸氣順暢流動，同時保證在冷凝段113凝結的工作介質通過第一毛細結構12、13回流到蒸發段111。

第一毛細結構12、13與第二毛細結構14在蒸發段111具有一較大的接觸面積，且第二毛細結構14可以在其燒結成型過程中與第一 毛細結構12、13燒結連接在一起，從而第一毛細結構12、13與第二毛細結構14之間結合緊密，故，工作介質通過第一毛細結構12、13回流至蒸發段111後，可以迅速滲透到第二毛細結構14中。本實施方式的扁平薄型熱導管10可達到2mm以下，甚至當扁平薄型熱導管10厚度為1.5mm時，該扁平薄型熱導管10仍能保證良好的性能，適用於內部空間狹小的電子設備如筆記型電腦等。

圖4示出本發明的第二較佳實施方式，與上一實施方式不同之處在於，第一毛細結構22的數量為一個，第一毛細結構22在扁平薄型熱管20的蒸發段211穿設於第二毛細結構24的中部，第二毛細結構24與管體21左側的側板216間隔形成第一蒸氣通道241，第二毛細結構24與管體21右側的側板217間隔形成第二蒸氣通道242。

圖5示出本發明的第三較佳實施方式，與第一實施方式不同之處在於，扁平薄型熱管30內設置三個第一毛細結構32、33、35，其中一個第一毛細結構35在蒸發段311穿設在第二毛細結構34的中部，另外兩個第一毛細結構32、33在蒸發段311分別位於第二毛細結構34的兩側。

請參閱圖6至圖8，以下以扁平薄型熱導管10為例，介紹所述扁平薄型熱導管10可由以下步驟制得：提供一桿體15，如圖7所示，桿體15呈圓柱狀，桿體15的外圓週面151上沿軸向開設兩個對稱的收容槽152、153，該桿體15的縱向一端155的部分外圓週面上形成一缺口154，該缺口154分別與該兩個收容槽152、153連通；提供兩個第一毛細結構12、13，分別將該兩個第一毛細結構12、 13置入桿體15的兩個收容槽152、153中；提供一中空金屬圓管18，圓管18的內徑與桿體15的外徑相當，將該桿體15插入圓管18中；將金屬粉末填入位於圓管18內的桿體15的缺口154中，將金屬粉末高溫燒結形成第二毛細結構14，第二毛細結構14貼附於圓管18的部分內壁181上且與第一毛細結構12、13連接固定；取出桿體15，如圖8所示，第一毛細結構12、13及第二毛細結構14留置於圓管18中；向圓管18內填充工作介質，抽真空並封閉圓管18的縱向兩端以形成圓形熱導管16；將圓形熱導管16打扁成扁平薄型熱導管10。

在金屬粉末燒結成第二毛細結構14過程中，第二毛細結構14不僅貼合於圓形熱導管16的內壁161上，並且與第一毛細結構12、13一併燒結連接，該扁平薄型熱導管10的制程簡單，便於量產。進一步而言，在打扁前，第二毛細結構14僅貼合於圓形熱導管16的蒸發段的部分內壁161上，這使得第二毛細結構14在打扁過程中不容易發生崩解。

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。

111‧‧‧蒸發段

114‧‧‧頂板

115‧‧‧底板

116、117‧‧‧側板

118‧‧‧內壁

12、13‧‧‧第一毛細結構

121‧‧‧壁部

14‧‧‧第二毛細結構

140‧‧‧通道

141‧‧‧第一蒸氣通道

142‧‧‧第二蒸氣通道

17‧‧‧整體結構

Claims (22)

1. 一種扁平薄型熱導管，包括中空扁平的管體及設置在管體內的第一毛細結構與第二毛細結構，該管體包括蒸發段及冷凝段，該管體包括頂板及與該頂板相對的底板，其改良在於：第一毛細結構由絲線形成，第一毛細結構從管體的蒸發段延伸至冷凝段，所述第二毛細結構為由粉末燒結形成，所述第二毛細結構為實心結構並設置於管體的蒸發段，所述第二毛細結構連接於管體的頂板與底板之間，所述第一毛細結構在蒸發段與該第二毛細結構連接，第一毛細結構直接連接該管體的頂板與底板。
2. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第二毛細結構設置於管體的蒸發段的中央。
3. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第一毛細結構為由絲線編織形成的中空的管狀體。
4. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第二毛細結構在燒結成型過程中與所述第一毛細結構於蒸發段燒結連接成整體結構。
5. 如申請專利範圍第4項所述的扁平薄型熱導管，其中所述整體結構與管體的蒸發段的內壁間隔形成可供蒸氣通過的蒸氣通道。
6. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第一毛細結構的數量為兩個，該兩個第一毛細結構在蒸發段分別位於第二毛細結構的兩側。
7. 如申請專利範圍第6項所述的扁平薄型熱導管，其中該管體還包括兩個側板，該兩個側板分別位於管體的兩側並與頂板和底板相連，該兩個第一毛細結構與該管體的兩個側板間隔分別形成可供蒸氣通過的第一蒸氣通道及第二蒸氣通道。
8. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第一毛細結構在蒸發段穿設在第二毛細結構的中部。
9. 如申請專利範圍第8項所述的扁平薄型熱導管，其中該管體還包括兩個側板，該兩個側板分別位於管體的兩側並與頂板和底板相連，該第二毛細結構的兩側與該管體的兩個側板間隔分別形成可供蒸氣通過的第一蒸氣通道及第二蒸氣通道。
10. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第一毛細結構的數量為三個，其中一個在蒸發段穿設在第二毛細結構的中部，另外兩個在蒸發段分別位於第二毛細結構的兩側。
11. 如申請專利範圍第10項所述的扁平薄型熱導管，其中所述管體還包括兩個側板，所述兩個側板分別位於管體的兩側並與頂板和底板相連，所述另外兩個第一毛細結構與該管體的兩個側板間隔分別形成可供蒸氣通過的第一蒸氣通道及第二蒸氣通道。
12. 如申請專利範圍第1項所述的扁平薄型熱導管，其中所述第一毛細結構為單層絲網或者沿徑向相互層疊的多層絲網。
13. 如申請專利範圍第1至12中任意一項所述的扁平薄型熱導管，其中該熱導管的厚度在2mm以下。
14. 一種扁平薄型熱導管的製造方法，包括以下步驟：提供一桿體，桿體呈圓柱狀，桿體的外圓週面上沿軸向開設至少一收容槽，該桿體的一端的部分外圓週面上形成一缺口，該缺口與該至少一收容槽連通；提供至少一由絲線形成的第一毛細結構，將該至少一第一毛細結構置入該桿體的該至少一收容槽中；提供一中空的金屬圓管，圓管的內徑與桿體的外徑相當，將該桿體插入圓管中； 將金屬粉末填入位於圓管內的該桿體的缺口中，將該金屬粉末燒結形成一第二毛細結構，第二毛細結構貼附於圓管的部分內壁上且與該至少一第一毛細結構連接；取出桿體；及將圓管打扁成扁平薄型熱導管，使該第二毛細結構位於該扁平薄型熱導管的管體的蒸發段並連接於管體的頂板與底板之間，該至少一第一毛細結構在蒸發段與該第二毛細結構連接，該至少一第一毛細結構從管體的蒸發段延伸至冷凝段，第一毛細結構直接連接該管體的頂板與底板。
15. 如申請專利範圍第14項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該第二毛細結構設置於管體的蒸發段的中央。
16. 如申請專利範圍第14項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中每一第一毛細結構為由絲線編織形成的中空的管狀體。
17. 如申請專利範圍第14項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該第二毛細結構在燒結成型過程中與該至少一第一毛細結構於蒸發段燒結連接成一整體結構。
18. 如申請專利範圍第17項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該整體結構與管體的蒸發段的內壁間隔形成可供蒸氣通過的蒸氣通道。
19. 如申請專利範圍第14項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該至少一第一毛細結構的數量為兩個，該兩個第一毛細結構在蒸發段分別位於第二毛細結構的兩側。
20. 如申請專利範圍第14項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該至少一第一毛細結構在蒸發段穿設在第二毛細結構的中部。
21. 如申請專利範圍第14項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該至少一第一毛細結構的數量為三個，其中一個在蒸發段穿設在第二毛細結構的中部，另外兩個在蒸發段分別位於第二毛細結構的兩側。
22. 如申請專利範圍第14至21中任意一項所述的扁平薄型熱導管的製造方法，其中該熱導管的厚度在2mm以下。