TWI564530B - 熱管散熱結構 - Google Patents

Description

熱管散熱結構

本發明係有關於一種熱管散熱結構，尤指一種兼具有較佳熱傳效率及抗重力能力佳，進而更可達到介面熱阻小的效果之熱管散熱結構。

隨著電腦、智慧電子裝置及其他電器設備之微小型化、高性能化日趨顯著，此代表著用於其內部之熱傳元件及散熱元件亦相同需配合朝微小型化及薄型化方向設計，藉以符合使用者之需求。

熱管係為一種導熱效率極佳之導熱元件，其熱傳效率係優於銅及鋁等金屬數倍乃至數十倍左右，因此於各種熱關聯設備中用作冷卻用元件。

熱管就形狀而言，係區分有圓管形狀之熱管、截面積呈D形狀之熱管、平板熱管等，主要係被用於冷卻電子設備中熱源之傳導，而由於為了便於安裝至被冷卻部件及為了使接觸面能獲得較大之面積，故所述之平板熱管為現階段被廣為使用，另外隨著冷卻機構之小型化、省空間化，使用熱管來作為熱傳導之電子設備亦相同大量選擇平板熱管來應用。

而傳統熱管結構其有多種的之製造方法，例如係於一中空管體中填入金屬粉末，並將該金屬粉末透過燒結之方式於該中空管體內壁形成一毛細結構層，其後對該管體進行抽真空填入工作流體最後封管，又或於所述中空管體內置入金屬材質之網狀體，該網狀毛細結構體會展開並自然的向外伸張貼覆至該中空管體內壁以形成一毛細結構層，其後對該管體進行抽真空填入工作流體最後封管，但現今因電子設備之微小薄型化需求，致需將熱管製作成平板型。

所述平板熱管雖可達到薄型化之目的，但卻延伸出另一問題，由於該平板熱管係將金屬粉末燒結於熱管管徑之內壁表面，令其燒結體得完整全面的披覆於壁面上，致使對該平板熱管加壓時，該平板熱管內部位於加壓面兩側之毛細結構(即燒結之金屬粉末或網狀毛細結構體)易受到擠壓破壞，進而由該平板熱管之內壁脫落，故令該薄型熱管之熱傳效能大幅降低或甚者失能；此外雖該平板熱管能達到熱源傳導，但由於平板熱管其於製成薄型化後，因為薄化之目的造成內部毛細結構之毛細力不足，致使工作流體阻塞蒸汽通道，再者，也因平板熱管薄型化加工時管內流道面積減少，故使毛細力降低，導致最大熱輸送量亦降低，其主要原因一者為該平板熱管整體薄型化後導致平板熱管內容積減少，另一原因越是薄型化經過壓扁後之平板熱管造成中央凹陷後封閉阻塞該蒸汽通道。

故為解決前述習知缺點，該項領域之業者係於該平板熱管內部腔室中***一芯棒，該芯棒沿著軸向形成一特定之切口形狀，並由該切口與該腔室內壁所形成之空間填充金屬粉末，並進行燒結形成毛細結構，最後拔出該芯棒，再針對該毛細結構所位於腔室之中央部位施以加壓加工製成扁平狀，毛細結構與該腔室內壁平坦部分熱性接觸，且於該腔室中毛細結構兩側設有空隙作為蒸汽通道使用即可獲得較佳蒸汽通道阻抗，但因毛細截面狹小，故使毛細力降低，造成抗重力熱效率及熱傳效率差，則此項缺點則為現行極須改善之重點。

爰此，為有效解決上述之問題，本發明之主要目的在提供一種具有較佳熱傳效率之熱管散熱結構。

本發明之次要目的，係在提供一種具有達到抗重力能力佳及介面熱阻小的效果之熱管散熱結構。

本發明之次要目的，係在提供一種具有單位面積能承受較大的熱功率衝擊之熱管散熱結構。

為達上述目的，本發明係提供一種熱管散熱結構，係包括一本體及至少一第一毛細結構，該本體具有一第一內側、一相對該第一內側之第二內側、一第三內側、一相對該第三內側之第四內側及至少一腔室，該腔室內填充有工作流體；並該第一毛細結構係設在該腔室內，該第一毛細結構係為燒結粉末體，且具有一第一部分及一第二部分，該第一部分係形成在該第一內側上，且其未抵觸接相對的第二內側上，而該第二部分則從該第一部分之兩側沿相鄰該第三、四內側延伸構成，並該第一部分之厚度大於該第二部分之厚度；透過該本體的第一、三、四內側上分別形成有所述第一部分與第二部分，藉以令於該腔室內的汽態工作流體充分通暢，進而有效達到絕佳的熱傳效率、抗重力能力佳、壓力阻抗小以及單位面積能承受較大的熱功率衝擊等諸多效果者。

1‧‧‧本體

11‧‧‧第一內側

12‧‧‧第二內側

121‧‧‧毛細形成區

122‧‧‧未有毛細形成區

13‧‧‧第三內側

14‧‧‧第四內側

15‧‧‧腔室

151‧‧‧第一蒸汽通道

152‧‧‧第二蒸汽通道

16‧‧‧第一毛細結構

161‧‧‧第一部分

162‧‧‧第二部分

17‧‧‧增生毛細部

171‧‧‧自由端

18‧‧‧第二毛細結構

2‧‧‧汽態工作流體

3‧‧‧液態工作流體

4‧‧‧發熱元件

5‧‧‧散熱單元

第1圖係本發明之熱管散熱結構立體示意圖；第2圖係本發明之第一較佳實施例之剖面示意圖；第3A圖係本發明之第二較佳實施例之實施立體示意圖；第3B圖係本發明之第二較佳實施例之實施剖面示意圖；第3C圖係本發明之第二較佳實施例之另一實施立體示意圖；第3D圖係本發明之第二較佳實施例之另一實施剖面示意圖；第4圖係本發明之第三較佳實施例之剖面示意圖；第5圖係本發明之第三較佳實施例之實施剖面示意圖；第6圖係本發明之第四較佳實施例之剖面示意圖；第7圖係本發明之第五較佳實施例之剖面示意圖。

本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。

本發明係一種熱管散熱結構，請參閱第1、2圖示，係顯示本發明之第一較佳實施例之立體及剖面示意圖；該熱管散熱結構係包括一本體1及至少一第一毛細結構16，其中該本體1係具有一第一內側11、一第二內側12、一第三內側13、一第四內側14及至少一腔室15，該第一內側11係相對第二內側12，該第三內側13則相對第四內側14，並前述第一、二、三、四內側11、12、13、14共同界定所述腔室15，該腔室15內填充有工作流體，前述工作流體係可為純水、無機化合物、醇類、酮類、液態金屬、冷煤及有機化合物其中任一。其中前述腔室15壁面(即第一、二、三、四內側11、12、13、14)係成光滑壁面。

另者前述第一毛細結構16於該較佳實施例係以燒結粉末體做說明，但並不侷限於此，於具體實施時，亦可選擇為網目、纖維體、網目及燒結粉末組合及微結構體其中任一；並該第一毛細結構16係設於前述腔室15內，且其具有一第一部分161及一第二部分162，該第一部分161係形成在該第一內側11上，且其未抵觸接相對的第二內側12上，所述第二部分162則從該第一部分161的兩側沿相鄰該第三、四內側13、14延伸構成，並該第一部分161之厚度大於該第二部分162之厚度，泛指所述第一部分161的徑向延伸體積大於該第二部分162的徑向延伸體積。

所以透過所述第一內側11其上第一部分161之厚度大於第三、四內側13、14其上第二部分162之厚度，使該第一內側11的外部可承受吸附對應較大功率的發熱元件所產生之熱量，換言之，就是該第一毛細結構16的單位面積較大，使得可承受較大的熱功率衝擊，相對的熱傳量亦比較大，進 而由於該第二內側12其上未設有第一毛細結構16，以減少該腔室15內的汽態工作流體2(如參閱第3B圖示)流動至第二內側12上的壓力阻抗，藉以有效大幅提升汽液循環效率。

故藉由本發明之第一毛細結構16的第一、二部分161、162分別設置於該腔室15內的第一、三、四內側11、13、14上結合一體的設計，俾使有效達到較佳熱傳效率及減少壓力阻抗，進而有效提升汽液循環效率。

請參閱第3A、3B圖示，係顯示本發明之第二較佳實施例之實施立體及剖面示意圖，並輔以參閱第2圖示；該本較佳實施例主要是將前述第一較佳實施例之熱管散熱結構貼設在相對的至少一發熱元件4(如中央處理器、繪圖晶片、南北橋晶片或其他執行處理晶片)上，亦即該本體1之第一內側11的外部與至少一發熱元件4相對應傳導熱量時，透過該第一、三、四內側11、13、14的第一、二部分161、162其上液態工作流體3迅速吸附熱量而產生蒸發，以轉換為汽態工作流體2，使該汽態工作流體2因第二內側12上未設有第一毛細結構16，而促使該汽態工作流體2能快速朝相對第二內側12上流動，等待該汽態工作流體2到第二內側12上受冷卻而冷凝轉換為液態工作流體3後，該液態工作流體3藉由重力回流至第一內側11上的第一部分161及第三、四內側13、14上的第二部分162繼續汽液循環，藉以有效達到絕佳的散熱效果。

續參閱第3C、3D圖示，係為該本較佳實施例之另一實施立體及剖面示意圖；主要是將前述本體1之第二內側12的外部對接至少一散熱單元5，其中該散熱單元5係為散熱器、散熱鰭片組及水冷裝置其中任一，且其用以加速冷卻流動到第二內側12上的汽態工作流體2而冷凝轉換為液態工作流體3，以有效提升汽液循環效果，進而更可達到絕佳的散熱效果。

請參閱第4圖示，係顯示本發明之第三較佳實施例之剖面示意圖，並 輔以參閱第1圖示；該較佳實施例的結構及連結關係及其功效大致與前述第一較佳實施例相同，故在此不重新贅述，其兩者不同處在於：前述該本體1之第二內側12上區分有一毛細形成區121及至少一未有毛細形成區122，其中該未有毛細形成區122係為第二內側12此區域上未形成有毛細結構，且所述未有毛細形成區122係位於該毛細形成區121兩旁，且其分別鄰近對應的第三、四內側13、14。

另者前述該本體1內更設有至少一增生毛細部17，該增生毛細部17為燒結粉末體，但並不侷限於此，於具體實施時也可以選擇為網目、纖維、網目及燒結粉末組合及微結構體其中任一；並前述增生毛細部17係設置在該第二內側12之毛細形成區121上，且相對該第一部分161。

又者該增生毛細部17具有一自由端171，該自由端171係從該毛細形成區121上延伸延接相對的第一毛細結構16的第一部分161；於該較佳實施例之增生毛細部17係大致呈山丘狀，但並不侷限於此，於具體實施時，亦可為不同形狀態樣，如梯狀、矩狀或錐狀。

再者前述第一毛細結構16與增生毛細部17及蒸汽腔室15共同界定一第一蒸汽通道151與一第二蒸汽通道152，其中該第一蒸汽通道151係由該第一、二、三內側11、12、13與第一毛細結構16及增生毛細部17所包圍形成的，該第二蒸汽通道152係為該第一、二、四內側11、12、14與第一毛細結構16及增生毛細部17所包圍形成的。

續參閱第4、5圖所示，所以當該本體1之第一內側11的外部貼設在至少一發熱元件4上，並該發熱元件4產生熱量時，透過該第一、三、四內側11、13、14的第一、二部分161、162其上液態工作流體3迅速吸附熱量而產生蒸發，以轉換為汽態工作流體2，使於第一蒸汽通道151與第二蒸汽通道152內的汽態工作流體2因對應的第二內側12其上未有毛細形成區 122，而促使所述第一、二蒸汽通道151、152內的汽態工作流體2能快速朝相對的未有毛細形成區122流動，等待第一、二蒸汽通道151、152內的汽態工作流體2各自到第二內側12其上未有毛細形成區122受冷卻，而冷凝轉換為液態工作流體3後，第一、二蒸汽通道151、152內的液態工作流體3會藉由重力或增生毛細部17之毛細力回流至第一內側11上的第一部分161及第三、四內側13、14上的第二部分162繼續汽液循環，藉以有效達到絕佳的散熱效果，進而得有效達到較佳熱傳效率及減少壓力阻抗的功效。

請參閱第6圖示，係顯示本發明之第四較佳實施例之剖面示意圖；該較佳實施例的結構及連結關係及其功效大致與前述第三較佳實施例相同，該本較佳實施例主要是將前述第三較佳實施例之增生毛細部17改設計成為是第一毛細結構16之第一部分161上所延伸構成的，亦即該較佳實施之增生毛細部17係設在該第一部分161上，且相對該第二內側12；換言之，就是所述增生毛細部17之自由端171係從第一部分161上延伸連接相對的毛細形成區121。

請參閱第7圖示，係顯示本發明之第五較佳實施例之剖面示意圖；該較佳實施例的結構及連結關係及其功效大致與前述第一較佳實施例相同，其兩者差異處在於：前述腔室15壁面更設有一第二毛細結構18，該第二毛細結構18係形成在該本體1之第一、二、三、四內側11、12、13、14上，且與相對的第一毛細結構16相接；並於該較佳實施之第二毛細結構18係以微溝槽做說明，但並不侷限於此，於本發明實際實施時，亦可選擇為網目、纖維體、燒結粉末體及網目與燒結粉末組合其中任一，合先陳明。以上所述，本發明相較於習知具有下列優點：1.可提升最大熱傳效率；2.抗重力能力佳； 3.介面熱阻小；4.由於第一毛細結構的單位面積較大，使得可承受較大的熱功率衝擊，相對的熱傳量亦比較大。

惟以上所述者，僅係本發明之較佳可行之實施例而已，舉凡利用本發明上述之方法、形狀、構造、裝置所為之變化，皆應包含於本案之權利範圍內。

1‧‧‧本體

11‧‧‧第一內側

12‧‧‧第二內側

13‧‧‧第三內側

14‧‧‧第四內側

15‧‧‧腔室

16‧‧‧第一毛細結構

161‧‧‧第一部分

162‧‧‧第二部分

3‧‧‧液態工作流體

Claims (2)

1. 一種熱管散熱結構，係包括：一本體，係具有一第一內側、一相對該第一內側之第二內側、一第三內側、一相對該第三內側之第四內側、一腔室及至少一增生毛細部，該腔室內填充有工作流體，該第二內側上區分有一毛細形成區及至少一未有毛細形成區，前述未有毛細形成區係位於該毛細形成區兩旁，且其分別鄰近對應的第三、四內側，並該增生毛細部係為燒結粉末且大面積地設置在該毛細形成區上；及至少一第一毛細結構係為燒結粉末且設在該腔室內，且其具有一第一部分及一第二部分，該第一部分係形成在該第一內側上，且相對該增生毛細部，該第二部分則係從該第一部分之兩側沿相鄰該第三、四內側延伸構成，並該第一部分之厚度大於該第二部分之厚度；其中該增生毛細部具有一自由端，該自由端則從該毛細形成區上延伸連接相對的該第一毛細結構的第一部分。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱管散熱結構，其中前述腔室與第一毛細結構及增生毛細部共同界定一第一蒸汽通道及一第二蒸汽通道，並該第一蒸汽通道係由該第一、二、三內側與該第一毛細結構及增生毛細部所包圍形成，該第二蒸汽通道係由該第一、二、四內側與該第一毛細結構及增生毛細部所包圍形成。