專利名稱：燒結式熱管及其制造方法
技術領域：
本發明涉及散熱領域，特別是關于一種用于傳遞熱量的燒結式熱管及其制造方法。
背景技術：
隨著大規模集成電路技術之不斷進步及廣泛應用，信息產業之發展突飛猛進，高頻高速處理器不斷推出。由于高頻高速運行使得處理器單位時間產生大量熱量，如不及時排除這些熱量將引起處理器自身溫度之升高，對系統之安全及性能造成很大影響，目前散熱問題已經成為新一代高速處理器推出時必需解決之問題。
由于對散熱需求不斷提高，新式散熱裝置不斷出現。將熱管應用于電子組件散熱就是其中一種，其是利用液體在氣、液兩態間轉變時溫度保持不變而可吸收或放出大量熱量之原理工作，一改傳統散熱器單純以金屬熱傳導方式散熱而效率有限之狀況。熱管是于一密封低壓管形殼體內盛裝適量汽化熱高、流動性好、化學性質穩定、沸點較低之液態物質，如水、乙醇、丙酮等，利用該液態物質受熱和冷卻而在氣、液兩態間轉變時，吸收或放出大量熱量而使熱量由管體一端迅速傳到另一端。
為便于冷凝后的液體回流，熱管內壁面上一般設置有多孔毛細結構，通過該多孔毛細結構產生毛細作用力驅動冷凝后之液體回流，習知熱管的多孔毛細結構一般采用單一均勻孔隙的多孔構造，如單一燒結式金屬粉末構造。由于毛細作用力與多孔毛細結構孔隙大小成反比，即孔隙之直徑越小毛細作用力越大，因此為達到較大之毛細作用力而便于液體回流，所使用之多孔材料孔隙之孔徑越小越好。然，由于流體在流動過程中通過流道之孔徑越小，流體所受之摩擦阻力及粘滯力也越大，因此使得液體回流之阻力亦隨之增加、流速變小。當熱管吸收熱量之端部吸收熱量增加時，蒸發加快，而液體由于回流阻力而速度減小，無法迅速補充吸熱端之蒸發液體，容易造成干燒，損壞熱管。因此熱管多孔毛細結構之孔隙大小及孔隙分布直接影響熱管之性能，故希望能提供具有變化孔隙之多孔毛細結構，利用孔隙變化提升熱管性能。
發明內容為改善熱管內多孔結構層之構造，在此有必要提供一種具有較高毛細力與較低回流阻力之熱管，以及同時提供一種該熱管的制造方法。
該燒結式熱管包括金屬管體，該管體內壁上設有燒結粉末構成的多孔毛細結構，該多孔毛細結構沿熱管之徑向形成多層式結構，且每一層沿熱管之軸向形成多段式結構。
該燒結式熱管之制造方法包括以下步驟準備步驟，即提供一金屬管體及具有多種尺寸大小的粉末顆粒；填粉步驟，即以一芯棒作為結構層厚度的控制，將上述粉末顆粒分批次填入至管體內，以在管體之軸向形成多段式結構并作快速燒結，重復該步驟致使沿該管體的徑向形成多層結構層；整體燒結及后續處理步驟，即在所有粉末均填入管體內后作整體燒結，燒結完成后將最后一次插入的芯棒抽出，并往管體空腔內充入工作液體后密閉該管體。
相較現有技術，上述燒結式熱管通過制成多層多段式燒結粉末多孔結構，形成立體梯度孔隙變化，孔隙較大的多孔結構對流體阻力小，而孔隙較小的多孔結構對流體的毛細作用力大，可同時達到提供較低回流阻力及提高毛細作用力，從而提升熱管性能。
下面參考附圖，結合實施例對本發明作進一步描述。
圖1是本發明燒結式熱管第一較佳實施例沿軸向之剖面示意圖。
圖2是本發明燒結式熱管第二較佳實施例沿軸向之剖面示意圖。
圖3是本發明燒結式熱管第三較佳實施例沿軸向之剖面示意圖。
圖4A至圖4C是本發明燒結式熱管第一較佳實施例的制造方法過程示意圖。
具體實施方式如圖1所示，本發明熱管10包括一管體12以及設于該管體12內壁面的多孔毛細結構。其中，該管體12由導熱性能良好之金屬材料如銅等制成，圖中所示管體12之橫截面呈圓形，可以理解地，管體12之橫截面也可為其它形狀，如方形，多邊形，橢圓形等。另外，管體12內還填充有工作液體(圖未示)，該工作液體一般采用低沸點之液體，如水、酒精等。
該熱管10一端形成蒸發段A，另一端形成冷凝段C，且根據應用需要可在兩段中間布置絕熱段B，該蒸發段A用于接收外界熱源的熱量，并且把熱量傳遞給管內的工作液體，使其蒸發，該絕熱段B主要是負責傳輸蒸氣，并擔負著與外界隔熱的作用，該冷凝段C的作用是使氣態的蒸氣冷凝，并把熱量通過管壁傳到管外。
該熱管10內的多孔毛細結構由三層厚度大致相等且相互緊密接觸之燒結粉末層構成，沿熱管10之徑向由管體12內壁向軸心方向依次為內層14、中間層16、外層18，各層燒結粉末可由陶瓷粉末或者金屬粉末如銅粉等經由燒結制程而形成。其中，每一層燒結粉末沿管體12的軸向(長度方向)對應蒸發段A、絕熱段B及冷凝段C形成三段式結構，且各段之粉末顆粒大小不同，從而在各段粉末顆粒中形成的孔隙大小也不同；另外，各層燒結粉末在管體12的軸向排列上也不相一致，使得從蒸發段A、絕熱段B及冷凝段C的任意一段沿管體12的徑向看，各層燒結粉末之間亦相互層疊形成孔隙大小不同的梯度結構，從而上述各層燒結粉末沿熱管之軸向及徑向均形成梯度變化之立體孔隙結構，當熱管10工作時，利用該多孔毛細結構之孔隙呈立體梯度變化來調整熱管性質，孔隙較大的多孔結構對流體阻力小，而孔隙較小的多孔結構對流體的毛細作用力大，從而達到低流阻及高毛細壓力差之功效，提升熱管10之整體性能。
上述實施例中多孔毛細結構之各層厚度均勻，且每一層之各段的長度正好與熱管10的蒸發段A、絕熱段B或冷凝段C的長度相匹配，當然在實際中，可根據需要設計多孔毛細結構層各層之厚度及每一層各段的長度，如圖2所示之本發明第二較佳實施例所揭示之熱管20中，其多孔毛細結構之外層28厚度最小，中間層26厚度最大，內層24厚度居中，又如圖3所示之本發明第三較佳實施例所揭示之熱管30中，其多孔毛細結構每一層之各段設計成長度不等之三段式結構，并且使相鄰兩層的各段之間呈部分錯開型態。
本發明之上述實施例中，所采用的多孔毛細結構均沿熱管徑向形成三層結構，且每一層沿熱管軸向形成三段式結構，當然，根據實際需要，該多孔毛細結構亦可以沿熱管徑向形成兩層或者三層以上的結構，而每一層沿熱管軸向亦可以兩段或者三段以上的結構，且每一層的各段中，非相鄰段之間所采用的粉末顆粒大小可以不相同，但也可以相同。
圖4A至圖4C為本發明燒結式熱管之上述第一實施例的制造方法過程示意圖，大致包括三個步驟，分別為準備步驟、填粉步驟及整體燒結及后續處理步驟，以下詳述之。
首先，通過篩選等方式準備多種尺寸大小的陶瓷粉末顆粒或者金屬粉末顆粒如銅粉等，以供分梯次形成在管體12內；然后，在預先取得的金屬管體12中插入一芯棒40a如銅柱，并于芯棒40a與管體12內壁所形成的空間內分多批次填入尺寸大小不同的粉末顆粒，并作快速初步燒結，以使所填入之粉末顆粒在管體12的軸向上成多段式排布之內層14，如圖4A所示，該快速燒結的目的在于使金屬粉末顆粒暫時連接在管體12上，當芯棒40a抽出后不致沿管體12上散脫下來，以金屬銅粉末為例，該快速燒結溫度一般為630℃左右；之后，抽出芯棒40a并替換另一尺寸較小的芯棒40b，如圖4B所示，此時接著于芯棒40b與上述內層之間再分批次填入顆粒大小不同的粉末，并作快速初步燒結，以在上述內層之基礎上再形成沿管體12軸向呈多段式排布的中間層16；接著，抽出芯棒40b并替換另一尺寸較小的芯棒40c，并于于芯棒40c與上述中間層之間分批次填入顆粒大小不同的粉末，以在上述中間層之基礎上再形成沿管體12軸向呈多段式排布的外層18，如圖4C所示，此時，粉末顆粒填充完畢，即可對所填入之粉末進行整體燒結，針對金屬銅粉末而言，該整體燒結溫度為950℃左右，燒結完成后將最后一次插入的芯棒40c抽出；最后，往管體12空腔內充入工作液體，抽成真空后并對該管體12進行密閉，即制得本發明第一實施例所述之燒結式熱管。
當然，上述制造方法亦同樣適用本發明所述之其它實施例，比如在使用芯棒對結構層進行厚度控制時，合理選擇各次所使用芯棒的尺寸，即可使上述多層結構層形成如上述第二實施例中所示之厚度非均勻結構；而針對每一結構層之各段在填粉時進行控制，則可以使其各段形成長度不等，如上述第三實施例中所示，且使相鄰兩層的各段之間呈部分錯開型態。
可以理解地，針對每一層之各段進行填粉時，改變各段粉末顆粒大小的填入順序，即可獲得更多型態的具有立體梯度的多孔毛細結構；另外，為防止后填入的細粉掉入先填入的粗粉間隙中，可在層與層之間或者每一層的各段之間噴一層高分子粘結劑進行隔開，該粘結劑在預燒或者最終燒結時可被燒除掉。
最后需要說明一下，雖然上述實施例中僅針對圓形熱管進行說明，但是可以理解地，本發明亦可以采用橫截面為其它形狀的熱管，比如橫截面為方形、橢圓形及多邊形等，因此，本發明之說明書及申請專利范圍所述之“徑向”與“軸向”應作廣義之理解，即“徑向”應該理解為由管體內壁向管體空腔或者由管體空腔向管體內壁的方向，而“軸向”應該理解為管體長度方向。
權利要求
1.一種燒結式熱管，其包括金屬管體，該管體內壁上設有燒結粉末構成的多孔毛細結構，其特征在于該多孔毛細結構沿熱管之徑向形成多層式結構，且每一層沿熱管之軸向形成多段式結構。
2.如權利要求1所述的燒結式熱管，其特征在于該燒結粉末為陶瓷粉末或金屬銅粉。
3.如權利要求1所述的燒結式熱管，其特征在于該多孔毛細結構徑向各層之厚度形成非均勻結構。
4.如權利要求1所述的燒結式熱管，其特征在于該多孔毛細結構每一層之各段設計成長度不等的多段式結構。
5.如權利要求1所述的燒結式熱管，其特征在于該多孔毛細結構相鄰兩層的各段之間呈部分錯開。
6.一種燒結式熱管的制造方法，包括以下步驟準備步驟，即提供一金屬管體及具有多種尺寸大小的粉末顆粒；填粉步驟，即以一芯棒作為結構層厚度的控制，將上述粉末顆粒分批次填入至管體內，以在管體之軸向形成多段式結構并作快速燒結，重復該步驟致使沿該管體的徑向形成多層結構層；整體燒結及后續處理步驟，即在所有粉末均填入管體內后作整體燒結，燒結完成后將最后一次插入的芯棒抽出，并往管體空腔內充入工作液體后密閉該管體。
7.如權利要求6所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于該多層結構層以芯棒控制形成厚度之非均勻結構。
8.如權利要求6所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于每一結構層在填粉時進行控制以使其各段形成長度不等。
9.如權利要求6所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于在填粉時進行控制以使相鄰兩層的各段之間呈部分錯開型態。
10.如權利要求6所述的燒結式熱管的制造方法，其特征在于所提供的粉末顆粒為金屬銅粉，快速燒結的溫度為630℃左右，而整體燒結的溫度為950℃左右。
全文摘要
本發明公開了一種燒結式熱管，其包括金屬管體，該管體內壁上設有燒結粉末構成的多孔毛細結構，該多孔毛細結構沿熱管之徑向形成多層式結構，且每一層沿熱管之軸向形成多段式結構，該多孔毛細結構是通過于管體內填入尺寸大小不同的粉末顆粒，并以芯棒作為結構層厚度的控制的方式，燒結在管體的內壁上形成。由于該多孔毛細結構形成為立體梯度孔隙變化，可同時達到提供較低回流阻力及提高毛細作用力，從而提升熱管性能。
文檔編號F28D15/04GK1844833SQ20051003410
公開日2006年10月11日 申請日期2005年4月7日 優先權日2005年4月7日
發明者洪居萬, 吳榮源, 駱長定, 鄭景太 申請人:富準精密工業(深圳)有限公司, 鴻準精密工業股份有限公司