CN101929817B - 热管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热管及其制造方法。该热管，包括一金属管体、一毛细结构及一工作流体，金属管体内部具有一密封腔室，沿着金属管体长度方向依序形成有一蒸发段、一绝热段及一冷凝段；毛细结构包含一第一毛细结构及连接于第一毛细结构的二条形第二毛细结构，第一毛细结构附着于蒸发段内壁部位，二第二毛细结构间隔附着于蒸发段、绝热段及冷凝段内壁部位，并在二第二毛细结构之间形成有一气体通道，气体通道具有一光滑表面；工作流体封入于密封腔室内。借此，可扩增气体通道的空间，且能加速内部气体的流动速率，以提升热管的导热效能。

Description

热管及其制作方法

技术领域

本发明是有关于一种热管，尤指一种用于电子装置的发热源的热管及其制作方法。 

背景技术

随着计算机的中央处理器(CPU)的运算速度不断提升，其所产生的发热量亦越来越高，以往由铝挤型散热器及风扇所组成的散热装置，已不能满足目前的中央处理器的使用需求，于是有业者陆续开发出具有更高导热效能的热管(heat pipe)，并将其与散热器作组合，以有效地解决现阶段的散热问题；然而，热管内部的结构设计，将关系到热管内部气体及液体流动速率和空间使用问题；本发明人基于前述问题而对热管及其制作方法进行创新发明。 

现有的热管，主要包括一金属管体、一毛细结构及一工作流体，其中金属管体具有一密封容腔，毛细结构是环设附着于金属管体的内壁面部位，而工作流体则被填入于金属管体的密封容腔内，并在毛细结构内侧形成有一气体通道，如此以构成一热管。 

然而，现有的热管，虽然具有对发热源所产生的热量进行气、液态的变化传输，但是环设于金属管体内壁面的毛细结构，将使金属管体内部的气体通道被大幅度的缩小，且此等毛细结构的内表面为粗糙面，更加对内部气体的流动速率造成阻碍，前述问题皆是造成热管热传导效能不好的原因；着实有待加以改善者。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种热管及其制作方法，其是借由在金属管体内部形成有光滑表面的气体通道，可有效地扩增气体通道的传输空间，且能加速内部气体的流动速率，而大幅度的提升热管的导热效能。 

为了达成上述目的，本发明是提供一种热管，包括一金属管体、一毛细结构及一工作流体，该金属管体内部具有一密封腔室，沿着该金属管体长度方向依序形成有一蒸发段、一绝热段及一冷凝段；该毛细结构包含一第一毛细结构及连接于该第一毛细结构的二条形第二毛细结构，该第一毛细结构附着于该蒸发段内壁部位，该二第二毛细结构间隔附着于该蒸发段、该绝热段及该冷凝段内壁部位，并在该二第二毛细结构之间形成有一气体通道，该气体通道具有一光滑表面；该工作流体封入于该密封腔室内。 

其中该热管为一扁状热管。 

其中该热管主要由二平板及二弧形板所共同围设而成。 

其中该第一毛细结构形成于其中之一该平板上。 

其中该每一第二毛细结构分别形成于每一该弧形板上。 

其中该蒸发段外表面凸伸成型有一凸部，在该凸部内形成有一凹槽，该第一毛细结构填置于该凹槽中。 

其中该第一毛细结构和每一该第二毛细结构皆为金属粉末烧结而成。 

为了达成上述目的，本发明还提供一种热管制作方法，其步骤包括： 

a)提供具有一封闭端的一金属管体； 

b)将一芯棒***该金属管体内，该芯棒的一部分周缘与该金属管体内壁贴接，另一部分周缘则与该金属管体内壁形成有一间距； 

c)将一金属粉末从该间距填入该金属管体内； 

d)对该金属粉末进行加温烧结； 

e)将该芯棒取出，于该金属管体内部形成有一第一毛细结构及连接于该第一毛细结构的二条形第二毛细结构，该二第二毛细结构之间形成有一气体通道，该气体通道具有一光滑表面； 

f)将一工作流体填入该金属管体内部，并对该金属管体施以除气及封口。 

其中步骤a)中是将一圆形金属管体以一成型模具将该金属管体压掣成一扁状，该扁状金属管体主要由二平板及二弧形板所共同围设而成。 

其中之一该平板外表面成型有一凸部，于该凸部内侧形成有一凹槽。 

其中步骤b)中是将一矩形芯棒***该金属管体内，该芯棒上下表面是被该二平板内壁面所夹掣贴接，该芯棒左右表面则与该二弧形板内壁面形成有该间距，该间距是与该凹槽相互连通。 

其更包括一步骤g)，其是以一成型装置对该凸部进行整平加工。 

其中步骤b)中是将设有一凹面的一矩形芯棒***该金属管体内，该芯棒上下表面是被该二平板内壁面所夹掣贴接，该芯棒左右表面则与该二弧形板内壁面形成有该间距，在该金属管体对应于该凹面区域形成有一容槽，该容槽与该间距连通。 

其中步骤c)中先将小颗粒的金属粉末填入该金属管体底段，再将大颗粒的金属粉末填入于该金属管体中段至上段。 

本发明具有以下功效，由于第一毛细结构与第二毛细结构的不同粒度和孔隙配置，使内部的冷凝液体可快速流回蒸发段，以有效地克服热管干烧(dry out)现象。另借由热管的扁状型态，可广泛应用在日益薄型化的电子装置中，而更增加其使用范畴。 

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。 

附图说明

图1是本发明热管制作流程图； 

图2是本发明的金属管体与芯棒立体分解图； 

图3是本发明的芯棒***金属管体组合示意图； 

图4是图3的4-4剖视图； 

图5是图3的5-5剖视图； 

图6是本发明热管立体外观图； 

图7是图6侧向剖视图； 

图8是本发明热管另一实施例剖视图； 

图9是本发明另一制作方法的金属管体与芯棒立体分解图； 

图10是本发明另一制作方法的芯棒***金属管体组合示意图； 

图11是图10的11-11剖视图； 

图12是图10的12-12剖视图； 

图13是本发明另一制法所制成的热管立体外观图； 

图14是本发明热管结合散热鳍片组应用在发热源使用状态图。 

其中，附图标记 

热管1 

金属管体10 

平板101           弧形板102 

凸部103           凹槽104 

封闭端105         开口端106 

密封腔室11        蒸发段12 

绝热段13          冷凝段14 

毛细结构20 

第一毛细结构21    第二毛细结构22、23 

气体通道24        光滑表面241 

工作流体30 

间距A 

容槽B 

芯棒5、5’ 

凹面51 

金属粉末6 

散热鳍片组7 

发热源8 

具体实施方式

有关本发明的详细说明及技术内容，配合图式说明如下，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。 

本发明提供一种热管，如图7所示，该热管1主要包括一金属管体10、一毛细结构20及一工作流体30。 

金属管体10可预先成型为一扁状型态，此金属管体10横向剖断面是由二平板101及二弧形板102所共同围设而成(如图5所示)。在金属管体10内部具有一密封腔室11，沿着金属管体10长度方向依序形成有一蒸发段12、一绝热段13及一冷凝段14；在蒸发段12的下方平板101外表面凸伸成型有一凸部103(如图4所示)，且于凸部103内形成有一凹槽104。 

毛细结构20包含一第一毛细结构21及连接于第一毛细结构21的二条形第二毛细结构22和23，第一毛细结构21附着于蒸发段12内壁部位，此二条形 第二毛细结构22和23间隔附着于蒸发段12、绝热段13及冷凝段14内壁部位，并在此二第二毛细结构22和23之间形成有一气体通道24(如图6所示)，此气体通道具有一光滑表面241。 

进一步说明，此毛细结构20是以金属粉末所烧结而成，而第一毛细结构21形成于前述下方平板101的凹槽104内(如图4所示)，各第二毛细结构22、23分别形成于前述弧形板102上(如图5所示)；另，第一毛细结构21的金属颗粒小于第二毛细结构22的金属颗粒，且第一毛细结构21的内部孔隙小于各第二毛细结构22、23的内部孔隙；又，在冷凝段14的各第二毛细结构22、23的金属颗粒大于在蒸发段12的各第二毛细结构22、23的金属颗粒；再者，于冷凝段14的各第二毛细结构22、23内部孔隙大于在蒸发段12的各第二毛细结构22、23的内部孔隙。 

工作流体30可为纯水等液体，其是封入于前述金属管体10的密封腔室11内。 

请参照图1至图7所示，本发明是提供一种热管制作方法，本实施例热管制作方法的步骤包括： 

S100：提供具有一封闭端105的一金属管体10(如图2所示)；在此步骤中，此金属管体10可为铜或铜合金等材质，先将一圆形金属管体10以成型模具(图未示出)压掣此金属管体10而成一扁状型态，此扁状金属管体10是由二平板101及二弧形板102所共同围设而成，并在其右侧下方的平板101外表面成型有一凸部103，于凸部103内形成有一凹槽104；再对凸部103端施以压合及焊接封口而形成有一封闭端105，而在金属管体10远离封闭端105的一侧则预留有一开口端106。 

S110：将一芯棒5***该金属管体10内，该芯棒5的一部分周缘与该金属管体10内壁贴接，另一部分周缘则与该金属管体10内壁形成有一间距A(如图3所示)；在此步骤中，是将一长条状矩形芯棒5***金属管体10内，此矩形芯棒5上下表面是被金属管体10的平板101内壁面所夹掣而相互贴接，而矩形芯棒5左右表面则与金属管体10的弧形板102内壁面形成有一间距A，且此间距A是与前述凹槽104相互连通。 

S120：将一金属粉末6从该间距A填入该金属管体10内(如图4和图5所示)；在此步骤中，是将金属材料所制成的粉末从前述开口端106的间距A填 入金属管体10内，实际制作时先将小颗粒的金属粉末6填入金属管体10内，并摇晃金属管体10而使小颗粒的金属粉末6填充于前述凹槽104及金属管体10下段的间距A内(如图4所示)；其后再将大颗粒的金属粉末6填入于金属管体10中段至上段的间距A内，藉以在金属管体10的中段至上段部位成型有孔隙小于金属管体10的下段部位孔隙的毛细结构(如图5所示)。 

S130：对该金属粉末6进行加温烧结；在此步骤中，是以加温烧结(Sintering)制程对填入金属管体10的金属粉末6进行烧结而固化。 

S140：将该芯棒5取出，于该金属管体10内部形成有一第一毛细结构21及连接于该第一毛细结构21的二条形第二毛细结构22和23，该二第二毛细结构22和23之间形成有一气体通道24，该气体通道24具有一光滑表面241(如图6所示)；在此步骤中，可左、右摇晃此芯棒5，而使毛细结构20与芯棒5产生松动现象，再将芯棒5从金属管体10内部中取出；如此，可在金属管体10内部形成有第一毛细结构21、二第二毛细结构22和23及气体通道24，且在金属管体10与芯棒5相互贴接的表面形成有二光滑表面241。 

S150：将一工作流体30填入该金属管体10内部，并对该金属管体10施以除气及封口(如图7所示)。在此步骤中，将金属管体10呈直立状或倾斜状摆设，再将纯水等工作流体30填入金属管体10内部。其次以加温等除气装置将金属管体10内部的气体排出，同时对金属管体10的开口端106进行压合及焊接封口，即可在金属管体10内部形成有前述密封腔室11。 

此外，本发明的制作方法更可包括一步骤S160，其是可在步骤S140或步骤S150之后施行，此步骤S160是以一成型装置对该金属管体10的该凸部103进行整平加工(如图8所示)，在此步骤中，是以压、冲床等成型装置对凸出下方平板101的凸部103进行压平加工，使此凸部103与平板101外表面在同一平面上。 

请参照图9至图13所示，本发明热管另一制作方法，其中步骤S300：提供具有一封闭端105的一金属管体10(如图9所示)；在此步骤中，是将一圆形金属管体10以成型模具(图未示出)将此金属管体10压掣成一扁状型态，且此扁状金属管体10是由二平板101及二弧形板102所共同围设而成。 

S310：将一芯棒5’***该金属管体10内，该芯棒5’的一部分周缘与该金属管体10内壁贴接，另一部分周缘则与该金属管体10内壁形成有一间距A(如 图10所示)；在此步骤中，是将一长条状矩形芯棒5’***金属管体10内，此矩形芯棒5’前端设有一凹面51，此芯棒5’是被金属管体10的平板101内壁面所夹掣而相互贴接，而在金属管体10对应于凹面51区域形成有一容槽B，另于矩形芯棒5’左右表面则与金属管体10的弧形板102内壁面形成有一间距A，且此间距A是与前述容槽B相互连通。 

其次，S320：将一金属粉末6从该间距A填入该金属管体10内(如图11和图12所示)；S330：对该金属粉末6进行加温烧结；S340：将该芯棒5取出，于该金属管体10内部形成有一第一毛细结构21及连接于该第一毛细结构21的二条形第二毛细结构22和23，该二第二毛细结构22和23之间形成有一气体通道24，该气体通道24具有一光滑表面241(如图13所示)；S350：将一工作流体30填入该金属管体10内部，并对该金属管体10施以除气及封口(图未示出)。其中步骤S320~S350与前述步骤S120~S150内容大致相同，因此不再一一重复赘述。 

请参照图14所示，为本发明热管结合散热鳍片组应用在发热源使用状态图，本发明的热管1的冷凝段14可供一散热鳍片组7套接，此散热鳍片组7是由多数散热鳍片所组合而成，而热管1的蒸发段12则贴接于一发热源8上，此发热源8运作后所产生的热量，将传递给蒸发段12而使内部工作流体30受热而汽化，此等气体将从气体通道24快速流经绝热段13而到达冷凝段14，同时将热量带离发热源8，借由冷凝段14外部的散热鳍片组7的散热降温作用，将使到达冷凝段14的气体被凝结为液体，并从各第二毛细结构22、23再流回蒸发段12的第一毛细结构21处；如此，不断的循环运作以构成热管的传热机制。 

综上所述，本发明的热管及其制作方法确可达到预期的使用目的，而解决现有的缺失，又因极具新颖性及进步性，完全符合发明专利申请要件，依专利法提出申请，敬请详查并赐准本案专利，以保障发明人的权利。 

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。 

Claims (14)

1.一种热管，其特征在于，包括：

一金属管体，其内部具有一密封腔室，沿着该金属管体长度方向依序形成有一蒸发段、一绝热段及一冷凝段；

一毛细结构，包含一第一毛细结构及连接于该第一毛细结构的二条形第二毛细结构，该第一毛细结构附着于该蒸发段内壁部位，该二第二毛细结构间隔附着于该蒸发段、该绝热段及该冷凝段内壁部位，并在该二第二毛细结构之间形成有一气体通道，该气体通道具有一光滑表面；

一工作流体，封入于该密封腔室内。

2.根据权利要求1所述的热管，其特征在于，其中该热管为一扁状热管。

3.根据权利要求2所述的热管，其特征在于，其中该热管主要由二平板及二弧形板所共同围设而成。

4.根据权利要求3所述的热管，其特征在于，其中该第一毛细结构形成于其中之一该平板上。

5.根据权利要求3所述的热管，其特征在于，其中每一该第二毛细结构分别形成于每一该弧形板上。

6.根据权利要求2所述的热管，其特征在于，其中该蒸发段外表面凸伸成型有一凸部，在该凸部内形成有一凹槽，该第一毛细结构填置于该凹槽中。

7.根据权利要求6所述的热管，其特征在于，其中该第一毛细结构和每一该第二毛细结构皆为金属粉末烧结而成。

8.一种热管制作方法，其特征在于，其步骤包括：

a)提供具有一封闭端的一金属管体；

b)将一芯棒***该金属管体内，该芯棒的一部分周缘与该金属管体内壁贴接，另一部分周缘则与该金属管体内壁形成有一间距；

c)将一金属粉末从该间距填入该金属管体内；

d)对该金属粉末进行加温烧结；

e)将该芯棒取出，于该金属管体内部形成有一第一毛细结构及连接于该第一毛细结构的二条形第二毛细结构，该二第二毛细结构之间形成有一气体通道，该气体通道具有一光滑表面；

f)将一工作流体填入该金属管体内部，并对该金属管体施以除气及封口。

9.根据权利要求8所述的热管制作方法，其特征在于，其中步骤a)中是将一圆形金属管体以一成型模具将该金属管体压掣成一扁状，该扁状金属管体主要由二平板及二弧形板所共同围设而成。

10.根据权利要求9所述的热管制作方法，其特征在于，其中之一该平板外表面成型有一凸部，于该凸部内侧形成有一凹槽。

11.根据权利要求10所述的热管制作方法，其特征在于，其中步骤b)中是将一矩形芯棒***该金属管体内，该芯棒上下表面是被该二平板内壁面所夹掣贴接，该芯棒左右表面则与该二弧形板内壁面形成有该间距，该间距是与该凹槽相互连通。

12.根据权利要求11所述的热管制作方法，其特征在于，其更包括一步骤g)，其是以一成型装置对该凸部进行整平加工。

13.根据权利要求9所述的热管制作方法，其特征在于，其中步骤b)中是将设有一凹面的一矩形芯棒***该金属管体内，该芯棒上下表面是被该二平板内壁面所夹掣贴接，该芯棒左右表面则与该二弧形板内壁面形成有该间距，在该金属管体对应于该凹面区域形成有一容槽，该容槽与该间距连通。

14.根据权利要求8所述的热管制作方法，其特征在于，其中步骤c)中先将小颗粒的金属粉末填入该金属管体底段，再将大颗粒的金属粉末填入于该金属管体中段至上段。

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