技术领域
本发明是关于一种热管的制法,特别是关于一种使金属网柱与热管 同时位伸,而能使金属网柱紧贴热管内壁,有效降低热阻的热管制程中 毛细现象加工的铜网安装方法。
背景技术
目前的
电子、电器等产品在发展的方向上有两大趋势,一是轻薄短 小,二则是高性能与多功能化。随着产品内元件发热量的增加与体积的 缩小,发热
密度也因而快速的提升,若无法提供有效的
散热,将会影响 到电子、电器产品的性能及可靠度,甚至缩短产品的使用期限。为了解 决发热密度快速上升及提供有效的散热方法,使得电子、电器等产品在 系统散热设计及构装上成为重要的问题,而热管是一个目前被广泛应用 于
传热用的重要元件,尤其在笔记型电脑方面,其将
微处理器产生的热 量(或高发热量元件)由热管传热到散热元件散热,使微处理器保持在 正常
温度下操作。热管可视为一个具有高热传导率的被动热传元件,由 于内部的两相流热传机制,使得热管的传
热能力是同样外观尺寸铜金属 的数百倍以上,因此,可利用热管具有反应迅速及热阻小的优点,配合 热管的使用发展出各型高性能的散热模组,以解决目前各式电子、电器 等产品,因性能提升所衍生的散热问题,相对地热管性能的好坏与制造 技术,也成为重要的关键。
热管是一个利用两
相变化(液、汽)及
蒸汽流动的一种热传递装置, 由于此装置能够在很小的温差条件下,将热传递至某一距离的长度。如 图1所示,
工作流体在
蒸发段吸收热量蒸发,流向冷凝段放出热量后凝 结成液态,再由毛细结构所提供的毛细力流回蒸发段。发展至今,先期 在太空及军事领域中被广泛使用。近来由于电子、电器等产品往轻薄短 小及高性能与多功能化的趋势发展,造成产品内部元件发热量的增加, 发热密度也快速的提升,使得热管自然往电子、电器等产品的应用上发 展,如笔记型电脑的散热问题,热管已快速被引入其散热设计之中,成 为重要散热元件之一。
现有的热管,一般是由三个部分所构成(请参看图2),(1)管壳: 由金属所制成的密封
真空容器,(2)工作流体:利用其蒸发、蒸汽流动、 冷凝来传递热量,(3)毛细结构:提供液态工作流体流动的毛细力,一 般常用的毛细结构有沟槽(Groove)、金属网(Mesh)、金属
烧结(Sintered Metal)。而在选用管壳材料时,必须考虑以下几个因素:相容性及稳定 性、高的热传导系数、良好的加工性、强度高、重量要轻、低渗透率、 与工作流体有良好的
润湿性以及价格便宜。
其次,就热管的热量传递,也可以热阻的观念来分析,整个热管的 热阻网路,如图3所示,图3为该热管的热阻网路图;其中R1是热源 与热管11加热段间的热阻,R2及R10则是热管11纵向管壁1A 的热阻,R3及R9是热管11毛细结构1B的热阻(此部分为管壁 1A与毛细现象发生的热阻总和),R4是热管蒸发段蒸发时液气的热 阻,R5是蒸汽轴向流动时的热阻,R6是液体在毛细结构1B中流动 时的热阻,R7是热管轴向管壁1A的热阻,R8是热管11冷凝段 冷凝时液汽的热阻,R11是热沉与热管11冷凝段间的热阻;在正常 工作状态下的热管11传热途径是蒸发部(吸热)→管壁1A→毛细结 构1B→工作流体(即蒸汽通道1C)→毛细结构1B→管壁1A→冷 凝合(放热)。在一般的情形下液汽界面上与蒸汽轴向的热阻最小,可以 忽略不计。而在毛细结构1B中的液体与毛细结构1B本身的有效热阻 与工作流体的性质有很大的关系,对于传导率很低的非金属液体而言, 此热阻比较大,而对于导热较好的液态金属而言,此热阻较小。在热管 11的内部热阻中,R2、R10相当于
热交换器的隔板,热阻值相当 小,可以忽略不计。R4、R8是来自相变化,其值亦很小。所以, R3、R9支配着热管11内部的热阻,减少该热阻乃是提升热管11 性能的关键,必须考虑其所能提供的毛细力以及热阻间的相互关系。所 以良好的工作流体应具备有下列的性质:导热系数高、润湿性能好、与 毛细结构、管壳材料能长期相容,管壳材料本身的化学成分稳定,不会 分解及操作时有适当的
饱和蒸汽压;良好的毛细结构,主要在打破液体
附着力与液体内聚力的作用,而毛细作用力的大小与液体及毛细材料的 性质有关。热管在运作时,液面在蒸发区域因蒸发作用而降低,而液面 在冷凝区域则因冷凝现象而增高,此两区域的液面曲度因而有所差(请 参看图4(A)及图4(B)),热管即利用此毛细压力差异所提供的力 量,使得液态的工作流体由冷凝段流回蒸发段,完成工作流体的循环。
热管在设计与使用时,必须考虑到以下几个重要因素:材料的相容 性、操作的温度范围、尺寸、热阻、操作方向、加热功率等,而热管的 寿命主要取决于:(1)工作流体与管壳、毛细结构材料的相容性,(2) 工作流体的
泄漏量。一般而言热管中工作流体的填充量是很少的,即使 是很小的泄漏都会影响到热管寿命。
一般常用的毛细结构有沟槽(Groove)、金属网(Mesh)、金属烧结 (Sintered Metal,如图1所示),在沟槽的制造方式已有美国
专利专利证 号5314010,在金属烧结的制造方式已有美国专利专利证号42 74479等,而在金属网毛细结构的制造步骤上,主要是依据热管的 长度、内径,先将管壳及金属网裁剪成适当长度(金属网的宽度,宽度 为热管内径的π倍,经分条机切割成条状),次将金属网经由模具初步成 形(配合管壳内径型态),再由夹具插入管内径,将在管外的金属网初形 位入管内径,以紧贴于管壁(可减少热阻),此种金属网的毛细结构制造 方式有以下几个缺点:(1)金属网在位入管壳内径的过程中为了紧贴于 管壁(可减少热阻),
摩擦力很大(热管越长摩擦力很大)金属网容易造 成
变形或金属网断裂,(2)如果金属网很容易进入管壳内径,既表示金 属网没有紧贴于管壁,热阻必然增加影响热管性能,(3)热管长度越长 金属网的放置越难。
发明内容
本发明的目的即在于提供一种热管制程中毛细现象加工的铜网安装 方法,同时位伸金属网柱与热管,可使得金属网柱能确实紧贴于热管的 管壁,在热管使用时,能减少热阻的发生。
本发明的另一目的是在于提供一种热管制程中毛细现象加工的铜网 安装方法,其所采用热管的内径较大,使得金属网柱置入热管内时,较 没有摩擦产生,同时金属网柱预留的缝口可闭合。
可达成上述发明目的的
热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法, 至少包括有下列步骤:
步骤一:选取一热管,其内径大于欲制成热管成品的内径,亦即于 选取热管的管壳规格时,该热管的内径较制式热管(所需的热管成品) 的内径大,不管热管长短均方便金属网柱置入热管内部;
步骤二:切割金属网使其余属网宽度为上述热管内径的π倍,亦即 切割制成热管成品(制式热管)所需的金属网,该金属网的宽度是为热 管成品(制式热管)内径的π倍是一较佳的作法;
步骤三:卷曲金属网成柱状使其直径小于上述热管内径且大欲制成热 管成品的内径,亦即由模仁将金属网制成柱状的金属网柱,该金属网柱 的直径是小于步骤一的热管内径尺寸,且大于所需的热管成品的内径尺 寸,如此该金属网柱可配合热管内径型态,使金属网柱的金属网层数可 增加为多层重叠,而金属网柱的柱缘并另留有一缝口,方便位伸时能缩 紧闭合;
步骤四:置入金属网柱于热管管内并将一端压扁,由于金属网柱的 直径是小于步骤一的热管内径尺寸,故极易置入热管内,然后将金属网 柱与热管于一端同时压扁固定;
步骤五:同时位伸热管与金属网柱至制成热管成品的内径而使金属 网柱紧贴于热管内壁上,此为本发明最大特点,因为同时位伸金属网柱 与热管,可使金属网柱能紧贴于热管成品的内壁,而且降低摩擦力,能 解决过去金属网与热管在位伸时,所产生不断摩擦的问题。
其中该金属网柱的金属网层数可为多层重叠。
其中该金属网柱的柱缘设有一缝口,方便位伸时能缩紧闭合。
附图说明
为了进一步了解本发明的特征及技术内容,请详细参阅以下有关本 发明的详细说明与附图,然而所附图式仅供参考与说明用,并非对本发 明做任何限制,有关附图为:
图1为现有热管的原理示意图;
图2为现有热管管壁结构示意图;
图3为现有热管结构示意图;
图4(A)、4(B)为现有热管工作流体液面示意图;以及
图5为本发明热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法的示意图。
具体实施方式
请参阅图5,图5为本发明的铜网安装方法步骤工作流程示意图, 本发明所提供的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法,主要包括有 五个实施步骤:步骤一:选取一热管11,使其内径大于欲制成热管成 品的内径,亦即选取的热管11是采用比所需制成热管成品(制式热管) 尺寸的外径及内径稍大的热管11外径D1及内径d,例如:需热管成 品尺寸为3mmt0.3(热管外径3mm,管厚t=0.3mm,即内 径为2.4mm),则热管11采用4mm0.3t(即与所需热管成品的 内径差1mm),再者热管11长度L需在位伸机的操作长度范围内,而 一般热管均非很长,故此点倒可以解决。步骤二:取一大片金属网,并 切割制成热管成品所需的金属网21,该金属网21的宽度,为热管成 品内径的π倍为较佳。步骤三:卷曲金属网21成一金属网柱22,使其 直径d3小于上述热管11内径d且大欲制成热管成品的内径d2,即 由模仁M1将金属网柱22制成柱状的金属网柱31,该金属网柱31 的直径d4,是小于步骤一的热管11内径d的尺寸且大于所需的热管 成品的内径d2尺寸,特别注意的是该金属网柱31柱缘留有一缝口 32,以方便位伸时,可将金属网柱31缩紧闭合(即金属网柱31缩 紧时,缝口32可闭合)。本发明可配合热管内径d的型态,使金属网柱 31的金属网21层数,可具多层重叠成形并同时位伸。步骤四:将金 属网柱31一端压扁并将金属网柱31置入热管11管内,亦即将金属 网柱31置入热管11内时,因热管11管壳内径d较金属网柱31为 大,金属网柱31可轻易放入热管11内,而不会产生摩擦问题。再者, 为使该金属网柱31与热管11在位伸时能固定,因此必须将其一端压 扁。步骤五:同时拉伸热管11与金属网柱31至制成热管成品的内径 d2,并使金属网柱31紧贴于热管11内壁上,亦即将内含金属网柱 31的热管11,经由模具M2,配合位伸机,位伸成形,此时,加工 前的热管11外径D1尺寸,成型为所需的热管成品111的外径D2, 而加工前的热管11内径d尺寸,成型为所需热管成品的内径d2,在 热管11管壳内的金属网柱31经由热管11内径d的缩小,热管11 内的金属网31的金属网33,可同时被压缩而紧贴热管11内璧。因 为同时位伸金属网柱31与热管11,可使金属网33能紧贴于热管成 品111的内壁,而且降低摩擦力,能解决过去金属网与热管在位伸时, 所产生不断摩擦的问题。另外,所制成的热管11,再依热管需要的长 度切割成半成品,进行后续制造。
如图5所示,该第1部分选取的热管11,该第2部分的金属网 21由第3部分的切割机器切割以形成金属网柱31,再经第4部分将 金属网柱31置入热管11内,最后第5部分以位伸机拉伸并形成热管 成品。
本发明毛细现象加工的铜网安装方法,使得热管成品内的金属网的 金属网柱,可确实紧贴热管11管壁1A内壁,而能有效降低热阻的一 种方法。
本发明所提供的热管制程中毛细现象加工的铜网安装方法具有下列 的优点:
(1)本方法所初成型的金属网柱,其直径是小于选取热管的内径 尺寸,故金属网柱置入时热管的管壳时,较没有摩擦的产生。
(2)当使用位伸机同时位伸金属网柱与热管时,可使金属网所预 留的缝口紧缩闭合,也确保金属网柱能紧贴于热管的管壁上,减少摩擦, 降低热管使用时热阻的发生。
(3)所制成的热管可再依热管需要的长度切割成半成品,进行后 续制造及使用。
上列详细说明是针对本发明的一可行
实施例的具体说明,惟该实施 例并非用以限制本发明的专利范围,凡未脱离本发明枝艺精神所为的等 效实施或变更,例如:改变位伸机的类型及采用不同金属材质所制成的 金属网等变化的等效性实施例,均应包含于本案的专利范围中。