专利名称：热管及其毛细结构的制作方法
技术领域：
本发明有关一种热管，特别是有关一种具高效能毛细结构的热管。
背景技术：
随着技术的进步，电子组件单位面积上的晶体管数量越来越多，造成其工作时发热量的增加。另一方面，电子组件的工作频率也越来越高，晶体管工作时on/off转换所造成的热量(switch loss)，亦是电子组件发热量增加的原因。若未能适当的处理这些热量，将会造成芯片运算速度的降低，严重者甚至影响到芯片的寿命。
由于热管(heat pipe)可在很小的截面积与温度差的情况下，将大量的热量传送一段可观的距离，且不需外加电源供应即可运作，在无需动力提供和空间利用经济性的考量的情况下，热管已是电子散热产品中广为应用的传热组件之一。热管包括有一中空且密封的管体、毛细结构与工作流体，其主要工作原理是利用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，再借由毛细结构所提供的毛细力流回蒸发段，如此一再循环不断地将热量传导至他处。因此，毛细结构对于热管的性能有着关键性的影响，目前毛细结构的制造方式包括网格、粉末烧结和直接在管壁制作沟槽等多种方式。
请参照图1A，其是现有网格式毛细结构的剖面图。如图1A所示，网格式毛细结构(mesh wick)贴附于热管管壁11a上，于冷凝端冷凝的工作流体14则利用由网格12所组成的毛细结构回流至蒸发端。网格式毛细结构所提供的毛细力中等，然其热传导性及水的渗透性较差，且受限于网格式毛细结构于热管的多边形折弯处的贴附性较差，故网格式毛细结构一般仅适用于圆管类，无法符合各种形状热管的需求。
请参照图1B，其是现有沟槽式毛细结构的剖面图。如图1B所示，利用在热管管壁11b上直接制作多个沟槽16以形成沟槽式毛细结构(groove wick)，使得于冷凝端冷凝的工作流体14得以利用沟槽16所组成的毛细结构回流至蒸发端。沟槽式毛细结构的热传导性及水的渗透性佳，然其制造的技术层次较高，且所能提供的毛细力较差。一般而言，沟槽式毛细结构受限于制造技术层次较高，使得制造成本较高，且其技术多用为形成轴向沟槽，若欲制作径向沟槽则较不易实现。
请参照图1C，其是现有烧结式毛细结构的剖面图。如图1C所示，填充铜粉或其它金属合金粉末等再加热烧结后，便可在热管管壁11c上形成烧结式毛细结构(sinter wick)18，于冷凝端冷凝的工作流体14利用烧结式毛细结构18所提供的毛细力回流至蒸发端。烧结式毛细结构可提供的毛细力相较于网格式与沟槽式毛细结构为佳，但其热传导性及水的渗透性差，且由于必须经过高温烧结的步骤，管体受高温易软化，使得其制程相对复杂，增加成本。
因此，无论使用上述任一制程来制造毛细结构，均有其缺点及适用的市场需求，鉴于各式电子产品系统内组装组件不断的密集化，组件集积度不断提升，致使其发热量逐步增加，而外观厚度却不断的缩小，因此，未来热管产品的技术趋势势必必须以更经济性、更具弹性的方式，朝着更高传热能力、更小尺寸特性来发展。
发明内容
因此，为解决上述问题，本发明是提出一种热管，其采用线圈式毛细结构，以不仅简化传统毛细结构的制程步骤，且具较佳的设计弹性，可广泛应用于各式热管。
根据本发明一方面提出一种毛细结构，应用于一热管中，其特征在于毛细结构是以一多环状线材形成于热管管体的内壁上。
其中，多环状线材是贴附于内壁上而形成多个沟槽。多环状线材是利用缠绕一线材于一支撑架上而塑型。支撑架的形状是相对于热管的形状，且支撑架的大小恰可容置于热管中，热管的截面形状为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。多环状线材的材质是金属、合金，或非金属材料，较佳地为铜。热管的材质是塑料、金属、合金，或非金属材料。
根据本发明另一方面提出一种热管，包括管体、毛细结构，以及工作流体。管体具有一内壁，毛细结构贴附于管体内壁上，而工作流体则容置于管体内。毛细结构是以一多环状线材形成于管体内壁上而形成多个沟槽。
其中多环状线材是利用缠绕一线材于一支撑架上而塑型。支撑架的形状是相对于热管的形状，且支撑架的大小恰可容置于热管中，热管的截面形状为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。多环状线材的材质是金属、合金，或非金属材料，较佳地为铜。热管的材质是塑料、金属、合金，或非金属材料。工作流体为无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒、或有机化合物。
根据本发明又一方面提出一种形成毛细结构于一热管中的方法，包括步骤(a)提供一支撑架；(b)缠绕一线材于支撑架上而形成一多环状线材；(c)提供一管体，具有一内壁；以及(d)贴附多环状线材于内壁上而形成多个沟槽。
支撑架的形状是相对于管体的形状，且支撑架的大小恰可容置于管体中，管体的截面形状为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。多环状线材的材质是金属、合金或非金属材料，较佳地为铜。管体的材质是塑料、金属、合金或非金属材料。
为让本发明的上述和其它目的、特点和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图进行详细说明。
图1A是现有网格式毛细结构的剖面图。
图1B是现有沟槽式毛细结构的剖面图。
图1C是现有烧结式毛细结构的剖面图。
图2A是依照本发明较佳实施例的一种热管的分解示意图。
图2B是本发明较佳实施例的毛细结构的剖面图。
图3A、3B、3C分别是图2A中的毛细结构制作过程的示意图。
图4是另一种毛细结构的示意图。
具体实施例方式
请参照图2A，其是依照本发明较佳实施例的一种热管的分解示意图。为了清楚说明本发明的热管的构造，特以一分解示意图来表示。本发明的热管20包括管体21、毛细结构22、工作流体(未图示)以及一盖板23。管体21具有一内壁21a，毛细结构22则贴附于管体内壁21a上，工作流体则容置于管体21内。管体21可为一中空管体，在毛细结构22形成后，再于管体两端各加上一盖板23封口，注入工作流体，抽真空而完成热管20的制作。或者，可采用一端先封口的管体21，形成毛细结构22于管体内壁21a上，而后再进行加盖板23封口，并注入工作流体，抽真空等步骤后，亦可完成热管20的制作。
热管20可直接应用于一发热的电子组件上，或是与散热鳍片(heat sink)结合，共同将热量从发热的电子组件转移到他处。发热的电子组件例如是CPU、晶体管、服务器、高阶绘图卡、硬盘、电源供应器、行车控制系统、多媒体电子机构、无线通信基地台、高阶游戏机(PS3、XBOX、任天堂)等。另外，除热管与散热鳍片外，随使用者需要及空间考量，可另外增加例如是风扇等，可进一步增加散热效果。
接着，请同时参照图2A与图2B，图2B是本发明较佳实施例的毛细结构的剖面图。毛细结构22是以一多环状线材26贴附于管体内壁21a上形成，而多环状线材26可紧密贴附管体内壁21a或是相距一微小距离，形成一微小空间而容纳工作流体24。由于每两相邻线材24与管体内壁21a间形成沟槽状，使得工作流体24得以利用借由这些沟槽所提供的毛细力，从冷凝端回流至蒸发端。与现有各式毛细结构相比较，本实施例的毛细结构22可同时兼具沟槽式毛细结构的高热传导性、高渗透性及网格式毛细结构的高毛细管力的优点。
请参照图3A、3B、3C，其分别是图2A中的毛细结构制作过程的示意图。多环状线材26的制作方式是利用缠绕一线材26于一支撑架28上而塑型为一线圈状的结构，可使用一绕线机台来进行。首先，将线材26的一端固定于支撑架28上的一预定起点S，如图3A所示。而后，线材26可以一假想轴X为旋转中心，沿一预定方向做连续缠绕，如图3B所示，使相邻二线材26之间产生一间距。相邻二线材26之间可为一平行排列或非平行排列，这是视后续制程所需的毛细结构沟槽所需而定。相对于预定起点S，于支撑架28上可设定一预定终点E，当线材26连续缠绕于支撑架28上且至该预定终点E时，即表示线材26已布满支撑架28的区域，且所需的多环状线材26制作完成，如图3C所示。
支撑架28较佳地由多个柱状物组成，然并非仅限于附图中所示的四方柱型结构，可依据热管的形状，作相对应的变化。亦即，支撑架28的形状可相对于管体21的形状来设计，且支撑架28的大小恰可容置于管体21中。也就是说，当热管的截面形状为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形或不等边多边形时，支撑架28的截面形状亦相对应的为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形、或不等边多边形。热管20的材质是塑料、金属、合金，或非金属材料。线材的材质是金属、合金或非金属材料，较佳地为铜。
再者，线材26并不仅限于图3A至3C中所示的环状连续缠绕方式，例如，线材26亦可沿多方向缠绕，如图4所示，其是另一种毛细结构的示意图。
鉴于现今绕线技术日臻成熟，绕线技术除原本应用于变压器的领域外，更进一步拓展至热管的应用上。相较于现有烧结式毛细结构必须充填粉末，加热烧结等种种繁复的制程步骤才得以完成，本发明的热管，其具有创新的线圈式毛细结构，可利用现有的绕线技术完成毛细结构的制作，使制程简化，进一步减少制造成本。
另外，得力于在缠绕线材时可依据后续制程所需的毛细结构的沟槽尺寸，加以调整其线径与线距，而控制铜线间之间距达到控制毛细管等效直径，使设计与制造毛细结构的制程更加简单，且具更佳的设计弹性，亦可与网格、粉末烧结和沟槽式毛细结构相互搭配，广泛应用于各式热管。
综上所述，上述实施例的热管，其具有创新的线圈式毛细结构，不仅简化传统毛细结构的制程步骤，且具较佳的设计弹性，与现有各式毛细结构相较，本实施例的毛细结构可同时兼具沟槽式毛细结构的高热传导性、高渗透性及网格式毛细结构的毛细管力大的优点。
虽然本发明已以一较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉本技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种等效的变化和替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。
权利要求
1.一种毛细结构，应用于一热管中，其特征在于该毛细结构是以一多环状线材形成于该热管管体的一内壁上。
2.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该多环状线材是贴附于该热管管体的内壁上。
3.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该多环状线材贴附于该内壁上而形成多个沟槽。
4.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该多环状线材是利用缠绕一线材于一支撑架上而塑型。
5.如权利要求4所述的毛细结构，其特征在于该支撑架的形状是相对于该热管的形状，且该支撑架的大小恰可容置于该热管中。
6.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该热管的截面形状为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形或不等边多边形。
7.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该多环状线材的材质为金属、合金或非金属材料。
8.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该多环状线材的材质为铜。
9.如权利要求1所述的毛细结构，其特征在于该热管的材质为塑料、金属、合金或非金属材料。
10.一种热管，包括一管体，具有一内壁；一毛细结构，形成于该内壁上；以及一工作流体，容置于该管体内；其特征在于，该毛细结构是以一多环状线材形成于该内壁上。
11.如权利要求10所述的热管，其特征在于该多环状线材是贴附于该热管管体的内壁上。
12.如权利要求10所述的热管，其特征在于该多环状线材贴附于该内壁上而形成多个沟槽。
13.如权利要求10所述的热管，其特征在于该多环状线材是利用缠绕一线材于一支撑架上而塑型。
14.如权利要求13所述的热管，其特征在于该支撑架的形状是相对于该热管的形状，且该支撑架的大小恰可容置于该热管中。
15.如权利要求10所述的热管，其特征在于该热管的截面形状为圆形、椭圆形、半圆弧、矩形、三角形、四边形、梯形、五角形、六角形、八角形、等边多边形或不等边多边形。
16.如权利要求10所述的热管，其特征在于该多环状线材的材质为金属、合金或非金属材料。
17.如权利要求10所述的热管，其特征在于该多环状线材的材质为铜。
18.如权利要求10所述的热管，其特征在于该热管的材质为塑料、金属、合金或非金属材料。
19.如权利要求10所述的热管，其特征在于该工作流体为无机化合物、水、醇类、液态金属、酮类、冷媒或有机化合物。
20.一种形成一毛细结构于一热管中的方法，包括提供一支撑架；缠绕一线材于该支撑架上而形成一多环状线材；提供一管体，具有一内壁；以及贴附该多环状线材于该内壁上而形成多个沟槽。
全文摘要
一种热管，包括管体、毛细结构以及工作流体。管体具有一内壁，毛细结构贴附于管体内壁上，而工作流体则容置于管体内。其中，毛细结构是以一多环状线材形成于管体内壁上而形成多个沟槽。多环状线材是利用缠绕一线材于一支撑架上而塑型。支撑架的形状是相对于热管的形状，且支撑架的大小恰可容置于热管中。本发明的热管，其线圈式毛细结构不仅简化传统毛细结构的制程步骤，且具较佳的设计弹性，更同时兼具沟槽式毛细结构的高热传导性、高渗透性及网格式毛细结构的毛细管力大的优点。
文档编号H05K7/20GK1779956SQ20041009781
公开日2006年5月31日 申请日期2004年11月24日 优先权日2004年11月24日
发明者游明辉, 林祺逢, 陈锦明 申请人:台达电子工业股份有限公司