CN100437006C - 热管之制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管之制造方法，首先，为利于芯棒定位及防止填入的粉体泄出，该导热壳体的底端预先形成缩口状，该热管是通过在芯棒表面结合筛网，该芯棒于***后抵接在该缩口端的内壁上；于芯棒***导热壳体后充填微细粉体于导热壳体与筛网之间的间隙内，再进行高温烧结而制成。其中，筛网层毛细结构由于其高渗透率特性在冷凝部有利于冷却后的工作流体快速被吸附于筛网中，而烧结式毛细结构由于其高毛细力，能有效将工作流体快速吸回蒸发部，在制程中该筛网还可以有效减少与芯棒的接触面积，于烧结完成后可顺利脱模并确保生产良率。

Description

热管之制造方法

【技术领域】

本发明涉及一种利用相变化原理进行传热的热管之制造方法。

【背景技术】

热管因体积小、利用相变潜热作用快速输送大量热能、温度分布均匀、构造简单、重量轻、无需外加作用力、寿命长、低热阻、远距传输等特性，符合目前计算机等领域的散热需求，因此被广泛用来解决散热问题。

热管的驱动原理是利用蒸发部之毛细结构内所蕴含的饱和工作流体，吸收外部热源之热量而蒸发，由于蒸汽产生的压差使蒸汽向热管的冷凝部方向快速移动并传送热量，最后在冷凝部冷却凝缩并放热。此后，凝缩的工作流体被吸收于冷凝部之毛细结构内，藉由毛细结构产生的毛细压差，而被驱动回归于蒸发部，上述工作流体的移动及回归过程循环运作，从而使热量由蒸发部不断向冷凝部传输。

通常，管内工作流体的运动主要依赖于热管的热传导量、毛细结构的毛细压力、毛细结构对工作流体的渗透率(Permeability，K)。而热管之毛细结构种类及型态主导整个热管的性能，现有的毛细结构包含烧结式毛细结构、沟槽式毛细结构、纤维式毛细结构及筛网式毛细结构，该等毛细结构各有其优缺点。

其中，烧结式毛细结构是藉由粉末直接烧结在管内形成，其毛细力大，对于工作流体输送能力卓越，热传导性能佳，且其渐进性的黏滞限制(ViscousLimit)，不产生急速的温度上升现象，因而运用广泛，但由于渗透率小所以其驱动工作流体传输的压力损失大。

毛细力值与渗透率大小为决定热管性质的主要因素。而烧结式毛细结构因其结构粒子与粒子之间十分稠密，其毛细力比沟槽式及筛网式毛细结构大，且热传导能性亦比筛网式毛细结构好，而其主要缺点是渗透率低，导致在冷凝部对冷凝后的液体吸附能力差，不利于冷却液进入毛细结构中并及时返回。对于烧结式毛细结构，其渗透率是由下列关系式决定：

$K=\frac{({\mathrm{\ϵ}}^3\×d^2)}{150{(1-\mathrm{\ϵ})}^2}---\left(1\right)$

其中，ε代表毛细结构的孔隙率，d为颗粒外径。

图1揭示为渗透率与粉末颗粒尺寸以及孔隙率之间的关系曲线图，图中不同的曲线代表具有不同孔隙率的粉末结构。由上述关系式(1)及第一图可知，渗透率数值除与粉体颗粒大小有关外亦与孔隙率多寡有明显关系。渗透率要高所选用的粉体颗粒越大越好，且毛细结构的孔隙率越大，其渗透率也越高，但铜粉颗粒越大填粉越不好填且烧结温度需要更高，不易控制。因此，有学者除使用大颗粒烧结外，亦使用填充物先进行孔隙填充，烧结时将填充物烧失掉的方式来得到大的孔隙(高渗透率)，但其毛细力降低。

图2所示为一般现有制造烧结式热管所惯用的方法，主要为于导热壳体1中***芯棒2，再于导热壳体1与芯棒2之间填入粉体3进行烧结，其在生产上重要问题是烧结完成后芯棒2的脱膜问题，主要原因是粉体3与芯棒2表面扩散键结(Diffusion Bond)以及铜粉在600～800℃约有2％～3％的膨胀，如图3所示。而热管经过高温烧结后其表面软化，经常因为芯棒2的脱膜问题，必需施加更多的外力，使得热管轻则变形，严重者无法脱膜而造成不良率的增加。目前现有的改善方法是将芯棒2经过氮化处理及于芯棒2表面涂布耐反应层，例如钨粉(W)、氮化硼(NB)、高温陶瓷粉。然而，所添加的粉体极易因抽拔时的摩擦力而残留于热管内，极可能造成堵塞毛细结构，造成品质问题。

【发明内容】

为提升冷凝后的液体在冷凝部毛细结构的渗透率以及解决烧结过程中芯棒的脱模问题，实有必要提供一种可解决芯棒脱模问题的热管制造方法。

作为其中之一实施例，该热管之制造方法包括如下步骤：将一芯棒***一导热壳体内，该芯棒表面环套有一筛网，为利于芯棒定位及防止填入的粉体泄出，该导热壳体的底端预先形成缩口状；该芯棒于***后抵接在该缩口端的内壁上；充填微细粉体于导热壳体与筛网之间的间隙内，以形成一充填组合体；将此充填组合体进行高温烧结；抽出芯棒并注入工作流体后密闭该导热壳体。

上述毛细结构是由筛网层与颗粒层组成，可兼具烧结毛细结构的高毛细压力与筛网毛细结构高渗透性之优点，筛网层毛细结构利用其高渗透率特性在冷凝部将冷却后的工作流体快速吸附于筛网中，而烧结式毛细结构利用其高毛细力，有效将工作流体快速吸回蒸发部，且在制程中，该筛网可以减少与芯棒的接触面积，于烧结完成后可顺利脱模并确保生产良率。

【附图说明】

下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。

图1是烧结式毛细结构之渗透率与其颗粒尺寸、孔隙率之关系曲线图。

图2是现有烧结式热管制程示意图。

图3为铜粉在烧结制程中的热分析图。

图4是本发明热管之较佳制程的流程图。

图5是图4之制程中其中一实施例的构件分解图。

图6是图5中所示构件的组合图。

图7是图5中芯棒与筛网结合的局部放大示意图。

图8是依图4之制程所得热管的纵向剖视图。

图9是图8中毛细结构的局部放大示意图。

【具体实施方式】

图4为本发明热管之较佳制程的流程图，其是先在一芯棒10的外表面上套设一筛网20，再将此组合构件***一导热壳体30内，如图5及图6所示。当然，在该步骤中，亦可先将芯棒10***导热壳体30内，再于芯棒10的外表面结合该筛网20，而在实务中，为便于操作，一般是采用先将芯棒10结合筛网20再***导热壳体30内的操作模式。

接着，充填适当密度的微细粉体40于导热壳体30内壁与筛网20之间的间隙内，为利于芯棒10定位及防止填入之粉体40泄出，该导热壳体30的底端31可预先形成缩口状，如图5所示，该芯棒10于***后可抵接在该缩口端的内壁上，其充填组合后状况如图6所示。其中，导热壳体30与芯棒10以铜材料为较佳者，所填入的粉体40可选用铜粉、铝粉、镍粉、银粉或者陶瓷粉末等，其颗粒大小及形状可根据需要选择，通常以选用较小颗粒尺寸为佳，以获得较大的毛细力。

该筛网20可由金属线或者纤维束编织形成，或者在由铜等材料制成的薄片上冲设若干细孔而形成，亦或者在薄片上冲设若干细孔且同时使其表面形成凹凸不平的结构，之后再经由裁切成特定大小并卷曲成与芯棒10***相匹配的形状。为达此目的该筛网20的层数可以是单层或多层。在本实施例中，该筛网20为一编织网，由金属丝或者纤维丝以交错排列的方式编织构成。该筛网20通常形成有比烧结粉体40更高之渗透率，以利于工作流体的渗透，其中，筛网式毛细结构的渗透率大小是由下列关系式决定：

$K=\frac{({\mathrm{\ϵ}}^2\×d^2)}{122{(1-\mathrm{\ϵ})}^2}---\left(2\right)$

其中，ε代表筛网的孔隙率，d为线径(筛网为金属丝或者纤维束的情形)或者孔距(筛网为薄片结构的情形)。

比较上述关系式(1)与(2)可知，两者即使在ε及d取值均相同的前提下，筛网亦比烧结粉体具有更高之渗透率。

同时，相对于烧结热管之普通制程中芯棒10与粉体40直接接触的情形而言，该筛网20亦可降低与芯棒10的接触面积，如图7所示为编织式筛网20环套于芯棒10表面后的状态，由于编织后形成的表面不平状态，该筛网20与芯棒10接触的表面形成凹凸不平的结构，有效地减少与芯棒10的接触面积，在烧结完成后该芯棒10便可很顺利地抽出。当然，即使该筛网20是由薄片形成，冲设形成的若干细孔或者再结合表面形成的凹凸不平结构亦能有效降低与芯棒10的接触面积，从而解决芯棒10的脱模问题。

之后，将此充填有粉体40的芯棒10与导热壳体30的组合体置于烧结炉(图未示)中，经高温烧结处理，粉体40之颗粒与颗粒之间产生颈缩作用而连结一体，同时粉体40与筛网20之间亦产生键结作用而结为一体，烧结完成后将芯棒10抽出，由于筛网20与芯棒10之间的接触面积减小，该芯棒10可被轻松且顺利地拔出，不致因施力过大使产品发生变形，亦无需在芯棒10表面进行氮化处理及涂布耐反应层的步骤。最后将经高温烧结处理过之导热壳体30，经过单端封口(焊接)、注工作流体、抽真空、另一端封口(焊接)等制程，而形成一热管50，其示意图如图8所示。

经过烧结后，在导热壳体30的径向形成具有两层不同型式的毛细结构60，如图9所示，靠近导热壳体30内壁的第一层为由粉体40构成的颗粒层，该颗粒层毛细结构为被覆在封闭导热壳体之内壁面上，由于颗粒小，其具有高毛细力特性，利于驱动工作流体回流至蒸发部，且该烧结式毛细结构由于形成致密结构，散热效果好，利于热量在管内外之间的传递；而第二层为由筛网20构成的筛网层，其紧贴于颗粒层毛细结构之另一表面上并具有高渗透率特性，因此，蒸汽在冷凝部凝缩成液态后，由于外层的筛网状毛细结构孔隙大，渗透率高，该冷凝后的液体可快速被吸入至筛网20中，并接着渗透至内层的粉体40中，藉由颗粒层的高毛细压力快速送回蒸发部。是以，上述实施例具有如下之诸多优点：

(一)在热管径向方向设置两层不同毛细结构，以兼具高渗透率及高毛细力，有效达到热传输之目的。

(二)颗粒层毛细结构具有高密度及低孔隙尺寸的特性，具有高毛细压力，有利于工作液体回流，而筛网层具有高孔隙率及高孔隙尺寸的特性，有效将工作流体吸附于毛细结构内，有利于冷却后的工作流体在冷凝部渗透至毛细结构中，以维持工作流体高输送能力及散热能力。

(三)以筛网作为隔离芯棒与烧结粉体，降低与芯棒的接触面积，而筛网与芯棒除接触面积大量减少外，两者之间不易产生键结反应，所以芯棒容易脱模，进而增加生产良率及降低生产成本。

Claims (6)

1.一种热管之制造方法，包括如下步骤：

将一芯棒***一导热壳体内，该芯棒表面环套有一筛网，为利于芯棒定位及防止填入的粉体泄出，该导热壳体的底端预先形成缩口状，该芯棒于***后抵接在该缩口端的内壁上；

充填微细粉体于导热壳体与筛网之间的间隙内，以形成一充填组合体；

将此充填组合体进行高温烧结；及

抽出芯棒并注入工作流体后密闭该导热壳体。

2.如权利要求1所述的热管之制造方法，其特征在于：所述筛网与芯棒接触的表面形成有凹凸不平结构。

3.如权利要求1或2所述的热管之制造方法，其特征在于：所述筛网由金属丝或者纤维束编织形成。

4.如权利要求1或2所述的热管之制造方法，其特征在于：所述筛网由薄片经冲设若干细孔后形成。

5.如权利要求1所述的热管之制造方法，其特征在于：所述筛网是在芯棒***导热壳体之前结合至该芯棒表面上。

6.如权利要求1所述的热管之制造方法，其特征在于：所填入的粉体为铜粉、铝粉、镍粉、银粉或者陶瓷粉末。

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