专利名称：热管及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种热管，特别涉及一种管壳内壁形成有沟槽的热管及其制备方法。
背景技术：
热管是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热元件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。
近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，热管技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。
如图9所示，典型热管10由管壳11、吸液芯12(毛细结构)以及密封于管内的工作流体13组成。热管10的制作通常先将管内抽成真空后充以适当工作流体13，使紧贴管内壁的吸液芯12中充满工作流体13后加以密封。热管10的一端为蒸发段10a(加热段)，另一端为冷凝段10b(冷却段)，根据应用需要可在蒸发段10a与冷凝段10b之间设置绝热段。当热管10蒸发段10a受热时吸液芯12中工作流体13蒸发气化形成蒸气14，蒸气14在微小压力差作用下流向热管10的冷凝段10b，凝结成工作流体13并放出热量15，工作流体13再靠毛细作用沿吸液芯12流回蒸发段10a。如此循环，热量15由热管10的蒸发段10a不断地传至冷凝段10b，并被冷凝段10b一端的冷源吸收。
热管10在实现导热过程中，包含以下六个相互关联的主要过程(1)热量15从热源通过热管管壳11和充满工作流体13的吸液芯12传递给工作流体13；(2)工作液体13在蒸发段10a内液-气分接口上蒸发；(3)蒸气14从蒸发段10a流到冷凝段10b；(4)蒸气14在冷凝段10b内气-液分接口上凝结；(5)热量15从气-液分接口通过吸液芯12、工作液体13及管壳11传给冷源；(6)在吸液芯12内由于毛细作用使冷凝后的工作流体13回流到蒸发段10a。
从上述六个过程看出，吸液芯12在过程(1)与过程(5)中起到重要导热作用，在过程(6)中对冷凝后的工作流体13迅速回流起到决定作用，因此，吸液芯12对于热管10的正常有效地工作非常必要。
现有技术中吸液芯12一般为丝网型、沟槽型或烧结型。
其中沟槽型吸液芯是在热管内壁加工出各种形状的沟槽，如1977年1月25日公告的美国专利第4,004,441号所揭露的热管毛细吸液芯，或通过在沟槽中填放吸液芯材料，或在热管内壁上设置多孔性材料后在该材料上开设沟槽等形式而构成。
热管沟槽型吸液芯一般分成轴向沟槽和环向沟槽两种形式。
轴向沟槽通常由挤压和拉削而成，有三角形槽、梯形槽、矩形槽及倒梯形槽等类型。环向沟槽是形成在热管内壁圆周方向的凹槽，其可使液体达成良好的环向分布。沟槽尺寸越小，越有利于增大热管的散热面积及沟槽的毛细力，从而有利于提高热管的传热效率。
由于一般热管以抽拉成型方式制成，受限于该成型方式，沟槽深度难以控制，且每一沟槽间距较大，从而出现散热面积受到限制、且毛细力不足的现象，导致回流的液体和气体相互干扰，影响热管传热能力。为克服此缺陷，蔡政龙发明一种沟槽式热管，揭露在2004年8月4日公开的中国专利第03100687.6号中，该沟槽式热管是采用冲压的方法在基片上形成沟槽，然后将该基片模塑成型成热管。由于先在平面基片上形成沟槽，因此，沟槽深度、沟槽间距皆可控制，能得到较理想的热管。
但是，上述冲压方法形成的沟槽，由于受到冲压方法的限制，其尺寸在微米级以上，因此，该冲压方式形成的热管，其传热效率仍有提升的空间。
发明内容本发明所要解决的第一技术问题是提供一种吸液芯毛细力大、散热面积大的热管。
本发明所要解决的第二技术问题是提供一种上述热管的制备方法。
本发明解决第一技术问题的技术方案是提供一种热管，该热管包括一管壳及密封于管壳内的工作流体，其中该管壳内壁形成有沟槽，沟槽深度及开口宽度均为10纳米至1微米。该沟槽起毛细吸液芯的作用，能将热管冷凝段冷凝后的液态工作流体抽吸回蒸发段。
本发明解决第二技术问题的技术方案是提供一种上述热管的制备方法，其包括步骤提供一基片；在基片一表面上形成深度及开口宽度均为10纳米至1微米的沟槽；将基片成型成管状，使形成有沟槽的表面为管内表面；将管内抽成真空，再填充适量工作流体，最后将管体密封。
其中在基片表面上形成沟槽的方法包括纳米压印。
与现有技术相比，本发明具有以下优点采用纳米压印的方法形成沟槽，该沟槽由于其具有纳米级尺寸，使其毛细能力增强，并使得热管管壳内表面的传热面积增大，增强热管传热能力。
图1是表面形成有沟槽的基板示意图。
图2是图1中基板II部分局部放大示意图。
图3是将基板沿垂直于沟槽延伸方向卷起并焊接而成的管壳示意图。
图4是图3中管壳IV部分局部放大示意图。
图5是将基板沿沟槽延伸方向卷起并焊接而成的管壳示意图。
图6是图5中管壳VI部分局部放大示意图。
图7是将基板沿与沟槽延伸方向呈一定角度卷起并焊接而成管壳的示意图。
图8是图7中管壳VIII部分局部放大示意图。
图9是现有技术热管工作原理示意图。
具体实施方式以下结合
本发明所提供的沟槽型热管的结构及其制备方法如图1和图2所示，提供一基板1，并在基板1一表面上形成沟槽20。该基板1为一金属薄板，如铜板、铝板、铁板、不锈钢板等。该沟槽20包括横截面为V形、U形、矩形、弧形、梯形或倒梯形的沟槽，其中倒梯形沟槽是指沟槽底部比沟槽开口宽的形状。图2为图1中基板1的局部放大示意图，图中所示沟槽20为横截面为V形的沟槽，其中沟槽底部V形角度θ范围为45度至90度，沟槽深度H为10纳米至1微米，沟槽开口宽度L为10纳米至1微米，相邻两沟槽的间距离W为20纳米至1微米。
在基板1表面形成沟槽20的方法包括纳米压印技术，其步骤包括制模及压印。
其中制模步骤可包括设计图案，并制备具有该图案的掩模，该图案及图案尺寸与本发明所要蚀刻的沟槽对应；提供一硅基片，在该硅基片上涂覆一光阻层；采用上述掩模覆盖在该硅基片上曝光显影；去除掩模，在显影后的硅基片上形成一层金膜；在金膜上电铸一层镍；用氢氧化钾等碱液溶解去除硅；再用反应性离子蚀刻方法去除残留的光阻层，得到复制有预定图案且表面附有一层金膜的镍模。
压模也可以通过下列步骤得到设计图案，并制备具有该图案的掩模，该图案及图案尺寸与本发明所要蚀刻的沟槽对应；提供一镍基片，在该镍基片上涂覆一光阻层；采用上述掩模覆盖在该镍基片上曝光显影；采用反应性离子蚀刻方法去除残留的光阻层，得到复制有预定图案的镍模。
上述镍模制成后，采用热压印方法在金属基板1上形成沟槽20。该热压印过程包括在金属基板1表面上涂覆压印材料，加热基板1使压印材料软化，将镍模压到压印材料上压印出预定图形，蚀刻形成沟槽等过程。
如图3所示，将表面形成有沟槽20的基板1成型成管30，形成有沟槽20的表面为管30的内表面。成型方法包括将基板1卷起成管30并焊接。当基板1沿与沟槽20延伸方向垂直的方向卷起，则沟槽在管体内壁沿管体轴向延伸，如图4所示。当基板1沿沟槽延伸方向卷起成管40，则沟槽20为环向沟槽，每一沟槽形成一与管体中心轴垂直的圆环，如图5和图6所示。当基板1卷曲方向与沟槽延伸方向呈一非九十度或非零度的角度时，沟槽20在管壳内壁呈螺旋型延伸，如图7和图8所示。
将图3、图5或图7所示的管体内抽成真空，再充入适量热管工作流体，并将其密封在管体中，则制备出沟槽型热管。其中工作流体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷等液态工作流体，也可以进一步在液态工作流体中添加悬浮在液态工作流体中的导热材料微粒，增强工作流体的传热性能。其中该导热材料微粒包括铜粉、纳米碳管、纳米碳球或内部填充有纳米级铜粉的纳米碳管、纳米碳球。
由于本发明采用先形成沟槽后成型热管的方法制备热管，并采用纳米压印技术形成沟槽，从而实现热管沟槽型吸液芯具有纳米级尺寸，使其毛细能力增强，并使得热管管壳内表面的传热面积增大，从而使得热管传热能力增强。
权利要求
1.一种热管，其包括一中空管壳及密封于管壳内的工作流体，其特征在于该管壳内壁形成有沟槽，沟槽深度及开口宽度均为10纳米至1微米。
2.如权利要求1所述的热管，其特征在于该沟槽沿管壳轴向直线延伸。
3.如权利要求1所述的热管，其特征在于该沟槽在管壳内壁呈螺纹形排布。
4.如权利要求1所述的热管，其特征在于该沟槽在管壳内壁形成圆周环。
5.如权利要求1所述的热管，其特征在于该沟槽的横截面包括V形、U形、矩形、弧形、梯形及倒梯形。
6.如权利要求5所述的热管，其特征在于该V型角度范围为45度至90度。
7.如权利要求1或5所述的热管，其特征在于相邻两沟槽之间距离为20纳米至1微米。
8.一种热管制备方法，其包括步骤提供一基片；在基片一表面上形成一沟槽，该沟槽深度及开口宽度均为10纳米至1微米；将基片成型成管状，使形成有沟槽的表面为管内表面；将管内抽成真空，再填充适量工作流体，最后将管体密封。
9.如权利要求8所述的热管制备方法，其特征在于基片材质包括铜、铝、铁或不锈钢。
10.如权利要求8所述的热管制备方法，其特征在于在基片一表面上形成沟槽的方法包括纳米压印。
全文摘要
本发明涉及一种热管及其制备方法。该热管包括一管壳及密封于管壳内的工作流体，其中该管壳内壁形成有沟槽，沟槽深度及其开口宽度均为10纳米至1微米。本发明还提供该热管的制备方法，其包括步骤提供一基片；在基片一表面上形成深度及开口宽度均为10纳米至1微米的沟槽；将基片成型成管状，使形成有沟槽的表面为管内表面；将管内抽成真空，再填充适量工作流体，最后将管体密封。
文档编号B01D53/06GK1743783SQ200410051348
公开日2006年3月8日 申请日期2004年9月1日 优先权日2004年9月1日
发明者陈杰良 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司