專利名稱：熱管及其內壁毛細結構制作方法
技術領域：
本發明有關一種散熱器的制作方法，且特別是有關一種熱管及其內壁毛細結 構的制作方法。
背景技術：
隨著科技的發展，電子產品已成為生活中不可或缺的必需品。對一項電子產 品來說，電子產品必須要在適當的溫度下才能正常地運作且維持其正常的壽命。 但是，電子產品中的電子元件又會不斷地發出熱量，因此這些產生高熱的電子元 件需通過良好的散熱來維持其穩定的工作溫度，例如利用散熱器來進行散熱。以 信息裝置為例，為了提高散熱的效率與兼顧風扇所產生的噪音問題，電腦主機中 已出現使用熱管來達到散熱功效的技術。熱管的工作原理是利用流體的蒸發與冷凝來傳遞熱量。首先，在負壓狀態的 熱管中會注入適當的工作流體，而其管壁具有由多孔材質所構成的毛細結構。接著，工作流體會在蒸發端(evaporator)蒸發，以吸收蒸發端周邊元件所發出的熱 量。蒸氣在受到微小的壓力差之下會流向冷凝端(condenser)冷凝而放出熱量。最 后，在冷凝端冷凝的工作流體再通過毛細作用流經毛細結構而回到蒸發端。因此， 工作流體就不斷地循環蒸發與冷凝的過程，以將蒸發端周邊元件所發出的熱量帶 出。由于熱管中的毛細結構在傳遞工作流體時扮演相當重要的角色，因此毛細結 構的設計也格外重要，無論是形狀、體積以及厚度都有影響散熱效率的可能。圖1為現有的一種熱管的示意圖。請參考圖1，熱管100包括銅管壁110以 及毛細結構120。現有的熱管100制作大多搭配一中心圓柱棒作為模具來形成熱 管110內的毛細結構120。因此，現有的毛細結構120其表面多為平面或簡單的 構形，相對限制了熱管的結構設計與散熱效率。更詳細而言，雖然理論上毛細結構120越薄，工作流體在熱管100內的循環效果會越好，可得到較佳的散熱效率， 但實際上毛細結構120所能吸收的工作流體體積也隨著毛細結構120的厚度變薄 而相對減少，而限制了工作流體所能攜帶的總熱量。另一方面，考量工藝與使毛 細現象正常作用等因素，毛細結構120的厚度無法無限制地縮小。總結上述原因， 使用既有中心圓柱棒所形成的毛細結構120并無法達到最佳化的設計，也相對影 響熱管100的散熱性能。發明內容本發明的目的是提供一種熱管及其內壁毛細結構的制作方法，可制作出 具有多樣化構形的毛細結構，借以提高熱管的散熱效果。本發明提出一種熱管的制作方法，首先提供一中空管，其具有一幵放端 與一封閉端。接著，由開放端置入一模具于中空管內。此模具包括可相互配 合的一中心棒與一造型組件，且造型組件對外具有一造型表面。然后，由開 放端填充一粉體于中空管與模具之間。接著，燒結粉體，使粉體與中空管內 壁結合形成一毛細結構，且毛細結構具有對應于造型表面的外型。之后，自 中空管內依序取出中心棒與造型組件，接著注入一工作液體于中空管內，并 在注入工作液體之前或之后，抽出中空管內的空氣。然后，封閉中空管的開 放端，以大致形成本發明的熱管。在本發明一實施例的熱管的制作方法中，上述造型組件包括多個造型棒， 分別設置于中心棒的外圍。而中心棒具有沿著其長度方向的多個導槽，且這 些造型棒分別通過這些導槽與中心棒相互配合。另外，上述自中空管內依序 取出中心棒與造型組件的步驟例如是先沿中空管的軸向抽出中心棒，其中中 心棒與這些造型棒相對位移。然后，分別使造型棒沿中空管的徑向遠離毛細 結構，并沿中空管的軸向抽出造型棒。此外，在本發明一實施例的熱管的制作方法中，上述造型表面為一鋸齒 表面，以在毛細結構上對應形成多個凸起。而上述在密封中空管的開放端之 前，還可加熱中空管，以進一步去除中空管內的空氣。另外，上述中空管的 材質例如是鑭，而模具的材質例如是不銹鋼或鋁。此外，粉體的材質例如是 銅，而工作液體例如是水。本發明另提出一種熱管內壁毛細結構的制作方法，首先提供一中空管， 其具有一開放端與一封閉端。接著，由開放端置入一模具于中空管內。此模 具包括可相互配合的一中心棒與一造型組件，且造型組件對外具有一造型表 面。然后，由開放端填充一粉體于中空管與模具之間。接著，燒結粉體，使 粉體與中空管內壁結合形成一毛細結構，且毛細結構具有對應于造型表面的 外型。在本發明一實施例的熱管內壁毛細結構的制作方法中，上述在燒結粉體 的步驟之后還可包括自中空管內依序取出中心棒與造型組件。而上述造型組 件包括多個造型棒，分別設置于中心棒的外圍。另外，上述中心棒具有沿著 其長度方向的多個導槽，而這些造型棒分別通過這些導槽與中心棒相互配合。在本發明一實施例的熱管內壁毛細結構的制作方法中，上述自中空管內 依序取出中心棒與造型組件的步驟例如是先沿中空管的軸向抽出中心棒，其 中中心棒與這些造型棒相對位移。然后，分別使造型棒沿中空管的徑向遠離 毛細結構，并沿中空管的軸向抽出造型棒。另外，上述造型表面為一鋸齒表 面，以在毛細結構上對應形成多個凸起。而上述中空管的材質例如是銅，而 模具的材質例如是不銹鋼或鋁。此外，粉體的材質例如是銅，而工作液體例 如是水。基于上述，本發明釆用中心棒與造型組件配合的模具來制作熱管的毛細 結構，其中當毛細結構制作完成時，可順利將中心棒與造型組件自熱管中取 出。如此，毛細結構不會受到模具的限制，而可具有多樣化的構形。此外， 本發明也可通過此種制作方式得到具有較佳構形設計的毛細結構，以進一步 提升熱管的散熱效率。為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，現將特舉較佳實施例，并 配合附圖進行詳細說明如下。
圖l為現有的一種熱管的示意圖。圖2為本發明一實施例的熱管的剖面示意圖。 圖3A為制作圖2的熱管的模具組合前的示意圖。圖3B為制作圖2的熱管的模具組合后的示意圖。圖4A為圍3A的中心棒的剖面示意圖。圖4B為圉3A的造型棒的剖面示意圖。圖5A 圖5G為制作圖2的熱管的毛細結構的流程示意圖。具體實維方式為了改善現有的熱管的散熱效率，以下先就熱管的原理來進行探討，熱 管中的毛細結構所產生的毛細力需要抵抗不同來源的壓力才能讓毛細作用產 生效果，詳細而言，請參考以下公式(l)-<formula>formula see original document page 8</formula>其中AP一,—為毛細力；o為工作流體的表面張力；A/^為蒸汽(vapor)段壓 降；A^,為液體段壓降；A&為毛細結構的徑向壓降；APpy^為相變化的壓降； A/V，e為蒸汽溝槽壓降；A尸g為重力壓降。由此公式可以得知毛細力AP—一必 須抵抗蒸汽段壓降A^,、液體段壓降A/^,、毛細結構的徑向壓降A/^、相變化的 壓降APp,w、蒸汽溝槽壓降A/V。。ve以及重力壓降A^才能產生毛細作用。在這些 不同來源的壓力中，又以毛細結構的徑向壓降A/^的影響較大。因此，本發明 的重點之一便是能夠降低毛細結構的徑向壓降^^w，請再接著參考公式(2):<formula>formula see original document page 8</formula>其中APw為通過毛細結構的徑向壓降；"。為毛細結構的外徑；"'為毛細結 構的內徑；w為工作流體的質量流率；^為工作流體黏滯系數；A為工作流 體的密度；《w為毛細結構的流動度(permeability); ^為毛細結構長度。由 公式(2)可以得知，毛細結構徑向上的寬度會影響毛細結構的壓降A^，當毛 細結構的外徑^與毛細結構的內徑"'的差值(毛細結構徑向上寬度大小)越小 時，兩者的比值也會越接近1。在對兩者的比值取完自然對數后的結果就會越 接近0，也即是說毛細力A/;"—所需抵抗的毛細結構的壓降APw的數值大小也會跟著降低，而能得到更佳效果的毛細作用。圖2為本發明一實施例的熱管的剖面示意圖。請參考圖2，熱管200包括 一中空管210以及一毛細結構220。中空管210內壁的寬度為Wl，而其材質 包括銅。毛細結構220的形狀為島狀，其包括多個凹部222以及多個凸起224, 其中凹部222的高度與寬度分別為Ll與W2，而凸起224的髙度與寬度分別L2 與W3。但在另一未繪示的實施例中，毛細結構220的形狀可為錐狀、島狀或 其他適當的形狀。在毛細結構220中，由于蒸汽在徑向的路徑上行走，而且 會從路徑較短的凹部222蒸發出來，因此當現有的毛細結構120的寬度WO(請 參考圖l)與毛細結構220的凹部222的寬度W2(請參考圖2)—樣時，在相同 長度的情況之下，毛細結構120的W0區域與毛細結構220的W2區域的徑向 壓降會一樣(請參考公式二)，也就是說兩者在相同的熱源之下所產生的蒸汽 所需抵抗的壓降是相同。但是，就整體而言，毛細結構220的凸起224能夠 吸收更大體積的工作流體，也就是有更多的工作流體能從液態轉換成氣態而 吸收更多的熱量，且由于蒸發的蒸汽會由較小的壓降區域(W2)先走，因此毛 細結構220能帶走更多的熱量。在此情形下，本實施例的熱管200的散熱效 果會優于現有的熱管100的散熱效果。從另一個角度來說，假設熱管100與熱管200在同樣單位長度之下且毛 細結構120又與毛細結構220的體積相同，則毛細結構220的凹部222的寬 度W2會小于現有毛細結構120的寬度W0。在此情形下，本實施例的毛細結構 220的毛細力所需抵抗的徑向壓降會小于毛細結構120所需抵抗的徑向壓 降，因此毛細結構220的毛細作用的效果會優于毛細結構120的毛細作用的 效果，而能加快工作流體的循環，以讓熱管200具有較佳的散熱效果。圖3A為制作圖2的熱管的模具組合前的示意圖，圖3B為制作圖2的熱 管的模具組合后的示意圖，圖4A為圖3A的中心棒的剖面示意圖，圖4B為圖 3A的造型棒的剖面示意圖。請參照圖3A，中心棒310具有沿著其長度方向的 多個導槽312(圖3A中顯示四個)，其外徑Dl例如為3mm，而其內徑D2例如 為2mm(請參照圖4A)，但不以此為限。造型棒320對外具有造型表面320a， 以在毛細結構220上對應形成多個凸起224。如圖3A與3B所示，造型棒320分別通過中心棒310上的導槽312與中心棒310相互配合。更具體說，這些造型棒320例如分別依圖3A箭頭方向進 入導槽312，而被固定于中心棒310上。在本實施例中，造型棒320可包含多個凸部322與多個凹部324，以讓造 型表面320a形成一鋸齒表面，其中凸部322的寬度W4例如為0. 4mni且長度L3 例如為0.3mm,而凹部324的長度L4例如為0. 7mm，但皆不以此為限。在另 一未繪示的實施例中，中心棒310的導槽312數量可適當地增減，且造型棒320 亦不限于分別通過導槽312與中心棒310相互配合，且造型表面320a亦不限 于為鋸齒表面。圖5A 圖5G為制作圖2的熱管的毛細結構的流程示意圖。請參考圖5A， 進行將模具置入中空管的步驟。首先，提供中空管210，而中空管210具有一 開放端210a與一封閉端210b，其中中空管210內壁的寬度Wl例如為0. 3mm(請 參考圖2)，但并不以此為限。接著，由開放端210a置入模具300于中空管210 內，模具300包括中心棒310與造型組件(可參考圖3A以及圖3B)，其中造型 組件可包含多個分別設置于中心棒310的外圍的造型棒320，而模具的材質可 包括不銹鋼或鋁。請接著參考圖5B，進行填粉的步驟。將容器70內的粉體60由開放端210a 倒入中空管210中，并填充于中空管210與模具300之間，其中粉體60的材 質包括銅。然后，如圖5C所示，進行燒結熱管200的步驟。將熱管200置入 燒結爐50,以燒結粉體60，使粉體60與中空管210內壁結合形成一毛細結 構220，且毛細結構220具有對應于造型表面320a的外型。接著，如圖5D所 示，進行取出熱管200的步驟。將熱管200自燒結爐50取出而完成燒結的過 程。在燒結的過程之后，自中空管210內依序取出中心棒310與造型組件。 更詳細來說，請先參考圖5E,進行取出中心棒310的步驟。沿中空管210的 軸向抽出中心棒310，其中中心棒310與這些造型棒320相對位移。接著請參 考圖5F，進行取出這些造型棒320的步驟。分別使這些造型棒320沿中空管 210的徑向遠離毛細結構220，并沿中空管210的軸向抽出這些造型棒320。 在本實施例中，所制作出的毛細結構220的凹部222的寬度W2例如為0. 4mm 而其長度Ll例如為0. 5mm，而凸起224的寬度W3例如為1. Oram而其長度L2例如為0.5mm，但皆不以此為限。接著，諫參考圖5G，毛細結構220制作完成。在完成毛細結構220的制 作后，注入一工作液體于中空管210內，并在注入工作液體之前或之后，抽 出中空管210內的空氣，其中工作液體可包括水。更進一步來說，雖然理論 上在注入工作液體之前將中空管210的空氣抽出的效果較佳，但是考量實際 的生產成本以及其他生產條件之后，通常會采取在注入工作液體之后將中空 管210的空氣抽出的方式，在抽出空氣的效果可接受的程度下還可兼顧成本。 此外，在密封中空管210的開放端210a之前，更可再加熱中空管210，以進 一步去除中空管210內的空氣。最后，則是封閉中空管210的開放端210a， 而完成本實施例的熱管200的制作。綜上所述，本發明的熱管的制作方法所制造的毛細結構相較于現有的毛 細結構來說，可吸收較多的工作流體來進行熱量交換的工作，或是其毛細力 所需抵抗的徑向壓力A^較低而能較快速地運送工作流體來進行熱交換，因 此，本發明的熱管的制作方法所制造的熱管可產生較佳的散熱效果。此外， 本發明的熱管的制作方法采用中心棒與造型組件配合的模具，當制作較為復 雜的毛細結構的熱管時，中心棒與造型組件仍可依序取出，使毛細結構不易 受到模具的限制，而便于毛細結構的改良，以制作出散熱效果較佳的熱管。雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然而其并非用以限定本發明，任 何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可 作出種種等同的更動與潤飾，因此本發明的保護范圍當視后附的本申請權利 要求范圍所界定的為準。
權利要求
1. 一種熱管的制作方法，包括提供一中空管，該中空管具有一開放端與一封閉端；由該開放端置入一模具于該中空管內，該模具包括可相互配合的一中心棒與一造型組件，且該造型組件對外具有一造型表面；由該開放端填充一粉體于該中空管與該模具之間；燒結該粉體，使該粉體與該中空管內壁結合形成一毛細結構，且該毛細結構具有對應于該造型表面的外型；自該中空管內依序取出該中心棒與該造型組件；注入一工作液體于該中空管內，并在注入該工作液體之前或之后，抽出該中空管內的空氣；以及封閉該中空管的該開放端。
2. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于該造型組件包括多 個造型棒，分別設置于該中心棒的外圍。
3. 根據權利要求2所述的熱管的制作方法，其特征在于該中心棒具有沿著 其長度方向的多個導槽，而這些造型棒分別通過這些導槽與該中心棒相互配合。
4. 根據權利要求2所述的熱管的制作方法，其特征在于自該中空管內依序 取出該中心棒與該造型組件的步驟包括沿該中空管的軸向抽出該中心棒，其中該中心棒與這些造型棒相對位移；以及分別使這些造型棒沿該中空管的徑向遠離該毛細結構，并沿該中空管的 軸向抽出這些造型棒。
5. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于該造型表面為一鋸 齒表面，以在該毛細結構上對應形成多個凸起。
6. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于還包括在密封該中 空管的該開放端之前，加熱該中空管，以進一步去除該中空管內的空氣。
7. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于該中空管的材質包括銅。
8. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于該模具的材質包括 不銹鋼或鋁。
9. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于該粉體的材質包括銅。
10. 根據權利要求1所述的熱管的制作方法，其特征在于該工作液體包括水。
11. 一種熱管內壁毛細結構的制作方法，包括 提供一中空管，該中空管具有一開放端與一封閉端；由該開放端置入一模具于該中空管內，該模具包括可相互配合的一中心 棒與一造型組件，且該造型組件對外具有一造型表面；由該開放端填充一粉體于該中空管與該模具之間；以及燒結該粉體，使該粉體與該中空管內壁結合形成一毛細結構，且該毛細 結構具有對應于該造型表面的外型。
12. 根據權利要求11所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于燒 結該粉體的步驟之后還包括下列步驟自該中空管內依序取出該中心棒與該造型組件。
13. 根據權利要求11所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于該 造型組件包括多個造型棒，分別設置于該中心棒的外圍。
14. 根據權利要求13所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于該中心棒具有沿著其長度方向的多個導槽，而這些造型棒分別通過這些導槽與 該中心棒相互配合。
15. 根據權利要求13所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于自該中空管內依序取出該中心棒與該造型組件的步驟包括沿該中空管的軸向抽出該中心棒，其中該中心棒與這些造型棒相對位移;以及分別使這些造型棒沿該中空管的徑向遠離該毛細結構，并沿該中空管的 軸向抽出這些造型棒。
16. 根據模利要求11所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于該造型表面為一鋸齒表面，以在該毛細結構上對應形成多個凸起。
17.根據權利要求ii所述的熱管的制作方法，其特征在于該中空管的材質 包括銅。
18. 根據權利要求11所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于該 模具的材質包括不銹鋼或鋁。
19. 根據極利要求11所述的熱管內壁毛細結構的制作方法，其特征在于該 粉體的材質包括銅。
全文摘要
一種熱管及其內壁毛細結構的制作方法，其包括如下步驟提供一中空管，中空管具有一開放端與一封閉端；由開放端置入一模具于中空管內，模具包括可相互配合的一中心棒與一造型組件，且造型組件對外具有一造型表面；由開放端填充一粉體于中空管與模具之間；燒結粉體，使粉體與中空管內壁結合形成一毛細結構，且毛細結構具有對應于造型表面的外型；自中空管內依序取出中心棒與造型組件；注入一工作液體于中空管內，并在注入工作液體之前或之后，抽出中空管內的空氣；封閉中空管的開放端。
文檔編號F28D15/04GK101261096SQ200710087758
公開日2008年9月10日 申請日期2007年3月8日 優先權日2007年3月8日
發明者鄭國章 申請人:緯創資通股份有限公司