專利名稱：一種扁形熱管及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種電子產(chǎn)品領(lǐng)域的熱傳遞裝置，具體涉及 一種平板熱管散熱裝置的結(jié)構(gòu)及加工方法。
背景技術(shù)：
電子芯片的冷卻是電子，計算機，通訊和光電設(shè)備中非 常重要的一個技術(shù)環(huán)節(jié)。目前市場上針對電子器件散熱常用
的方法包括以下幾種(1)空氣自然冷卻散熱器；(2)風(fēng)扇+ 散熱器；(3)(風(fēng)扇+)熱管+散熱器；(4)風(fēng)扇+液冷技術(shù)。 其中，熱管技術(shù)是最為廣泛使用的增強熱傳遞的技術(shù)以及裝 置，它比普通使用的金屬材質(zhì)的當量導(dǎo)熱系數(shù)高幾十倍，同 時熱管散熱器具有比液冷散熱技術(shù)更高的可靠性和使用壽 命.熱管是 一 種非常有效的熱量傳輸裝置.它利用的是工質(zhì) 的相變潛熱來傳遞熱量.因此，熱管的當量導(dǎo)熱系數(shù)非常高. 熱管發(fā)明于1960s. —根熱管是由一個封閉的腔體，一層多 孔材料，和適量的工作液體組成.熱管運行時其內(nèi)部的壓力 為工作液體的對應(yīng)于工作溫度的汽相壓力.沿?zé)峁荛L度方向， 熱管可以分為三部分蒸發(fā)段，絕熱段以及冷凝段.對于一 根標準熱管，在封閉的腔體內(nèi)壁上鋪設(shè) 一 層多孔材料.其它 內(nèi)部空間是為蒸汽流道.參見圖IA和IB.貯存在多孔材料 1 2中的工作液體在蒸發(fā)段通過吸收熱管腔體1 1管壁傳導(dǎo)過 蒸發(fā)相變，產(chǎn)生蒸汽，蒸汽在壓力差驅(qū)動下在熱管 流動，經(jīng)過絕熱段，然后到達冷凝段，蒸汽通過把 到外界環(huán)境而冷凝為液體，液體在多孔材料內(nèi)部形 力作用下流回到蒸發(fā)段，完成 一 次循環(huán)及熱量傳遞. 的使用，可以增強散熱器散熱的能力，減輕散熱器 以具有遠距離傳輸熱量等優(yōu)點. 熱管的封閉腔體的作用是把工作液體同外界環(huán)境隔絕.
來的熱量 內(nèi)部空腔 熱量釋放 成的毛細 通過熱管 總量，可
4對于封閉腔體的基本要求包括通過壁面沒有泄露，具有足夠 的強度維持內(nèi)外壓力差，能夠把熱量導(dǎo)入或者導(dǎo)出腔體.緊 貼熱管腔體內(nèi)壁面的多孔介質(zhì)層，其主要作用是在多孔材料 內(nèi)部的微小孔洞的地方產(chǎn)生毛細力，以驅(qū)動工作液體循環(huán)，
其它特性包括和工作介質(zhì)的兼容性；孔隙率；清潤特性； 加工的難易程度；熱導(dǎo)率以及強度.工作液體的選擇主要考 慮飽和蒸氣溫度的范圍是否滿足使用條件.其次通過優(yōu)化指 數(shù)(merit number)以及和熱管腔體以及多孔材料的兼容性來 選擇工作液體.選擇工作液體的其它因素還包括好的熱穩(wěn) 定性；高的浸潤性；高的導(dǎo)熱系數(shù)等.
一根標準商業(yè)熱管的截面為圖IB所示的圓形，因為圓 形熱管的工藝相對最簡單，價格最便宜，同時性能也最穩(wěn)定. 但是，在 一 些特殊的場合，需要截面外形為扁形的熱管或者 薄片型熱管，參見圖2，例如多媒體可視移動電話，筆記本電 腦等等.由于現(xiàn)代便攜式多媒體電子設(shè)備的發(fā)展方向為輕薄 高便攜性，功能全面多媒體性，這兩者的結(jié)合導(dǎo)致在微小的 空間內(nèi)高集成度的電子器件的發(fā)熱量增加，因此相對于常規(guī) 的電子或計算機設(shè)備，便攜式多媒體電子設(shè)備的散熱更加困 難而具有挑戰(zhàn)性，同時為工業(yè)界提出了迫切需要解決的問 題.
目前國際上的扁形熱管的結(jié)構(gòu)大致有以下幾種，圖3A 為 一 款普通的燒結(jié)熱管通過相應(yīng)治具進行打扁后形成；圖3B 為溝槽型熱管通過相應(yīng)治具進行打扁后形成；圖3C為在兩 層平板間設(shè)置多個細絲，通過熔融焊接的方式形成；圖3D為 單側(cè)燒結(jié)型熱管通過相應(yīng)治具進行打扁后形成.它們各自具 有自己的優(yōu)缺點，這里就不——詳述.其中以圖3D所示的單 側(cè)燒結(jié)型打扁熱管，相對于其它形式的扁形熱管具有制程簡 單，打扁厚度可以很小，性能穩(wěn)定可靠，成本低的優(yōu)點.但是 其也存在缺點，主要有(1)在打扁的過程中，夾治具以及工 件定位的精確度都會影響產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)從而影響使用；(2) 同時在產(chǎn)品使用的過程中，必須嚴格組裝工藝，防止熱管未 燒結(jié)側(cè)和發(fā)熱芯片接觸，否則不但不能起到熱量傳遞的目的，反而會惡化傳熱效果，從而使得散熱裝置失效.

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的扁形熱管存在上述的不足，本發(fā)明的目 的在于，提供一種新型結(jié)構(gòu)的扁形熱管及其制作方法，該新 型扁形熱管可以克服上述已有的扁式熱管中存在的問題和 缺點，具有制程簡單，造價低，性能穩(wěn)定可靠，并且打扁厚度 可以很小的特點，最主要的是在應(yīng)用的過程中不需要特別注 意其安裝的方式，便于熱管與其它散熱模組進行組裝，可滿 足微小空間電子器件的散熱問題，從而為便攜式多媒體電子 設(shè)備的散熱提供另外 一 種熱管類高效散熱組件。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案 來實現(xiàn)的
一種扁形熱管，它包括熱管腔體、燒結(jié)的多孔材料及工 作液體，多孔材料的結(jié)構(gòu)為間斷式排列，每個多孔材料的兩 側(cè)均為空間間隔，形成多孔材料-間隔-多孔材料的間斷式排 列結(jié)構(gòu)，環(huán)繞在熱管腔體的內(nèi)壁面，工作液體充填在熱管腔 體內(nèi)的間斷式多孔材料中。
一種生產(chǎn)上述扁形熱管的方法，它包括以下次序的工藝 步驟
(1 )選擇 一 根具有高導(dǎo)熱特性材質(zhì)的金屬管，將其一 端通過焊接或粘結(jié)或螺接或卡接的方式封閉，形成熱管腔 體；
(2 )選擇合適的中心棒，該中心棒的材質(zhì)為耐高溫及 與熱管腔體及燒結(jié)粉末在高溫下沒有相互作用的材料；該中 心棒為帶有齒形外緣的棒材；
(3 )將中心棒插入到步驟(1 )的熱管腔體內(nèi)； (4 )在中心棒和熱管腔體之間形成的空隙內(nèi)填充金屬 粉末后，將其放入燒結(jié)爐中，按照普通燒結(jié)熱管的制程進行 粉末燒結(jié)，金屬粉末多孔材料和熱管腔體燒結(jié)成 一 體；
(5 )燒結(jié)結(jié)束后，把中心棒從熱管中抽出，則熱管腔體 和多孔材料制備完成；
(6 )按照標準的熱管制造工藝進行后續(xù)的抽真空除氣，真空度應(yīng)小于1 0-2 Torr,進行工作液體灌裝及端口封閉，封閉 方式為先冷焊再硬焊(例如氬弧焊等)，則圓形熱管制作完成； (7)最后進行標準熱管打扁工藝，通過夾治具對熱管施 加壓力產(chǎn)生變形，按照所需厚度適當加壓以控制施壓件的行 程位移，最后形成截面為扁形的熱管。
本發(fā)明在工作時，貯存在間斷式多孔材料中的工作液體 在蒸發(fā)段通過吸收熱管腔體管壁傳導(dǎo)過來的熱量蒸發(fā)相變， 產(chǎn)生蒸汽，蒸汽在壓力差驅(qū)動下在打扁的熱管內(nèi)部多孔材料 的間隔以及其它間隙流動，經(jīng)過絕熱段，然后到達冷凝段， 蒸汽通過把熱量釋放到外界環(huán)境而冷凝為液體，液體在間斷 式多孔材料內(nèi)部形成的毛細力作用下流回到蒸發(fā)段，完成一 次循環(huán)及熱量傳遞.本發(fā)明由于采用多孔材料為間斷式排 列的結(jié)構(gòu)，可以增加蒸汽流動的空間。還可以適當通過調(diào)整 多孔材料以及間隔的尺寸達到不同的使用目的.
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果，并 具有產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價值，其至少具有下列優(yōu)點
1 、本發(fā)明 一 種特殊的扁形熱管結(jié)構(gòu)，其熱管厚度可以非 常小同時熱管性能不會因此而損失很多，因此可以最大程度 節(jié)省安裝空間，解決了微小空間電子器件的散熱問題，使得 便攜多媒體設(shè)備的散熱以及尺寸限制可以得到滿足.其厚度 理論上可以小到2倍的熱管腔體壁厚加單程燒結(jié)的多孔材料 厚度；
2、 本發(fā)明一種特殊的扁形熱管結(jié)構(gòu)及工藝，由于多孔材 料和熱管腔體是燒結(jié) 一 體的，因此熱量傳遞熱阻較小，產(chǎn)品 性能及散熱擴展能力好，且對于多孔材料的加工精度要求不 高，整個多孔材料可以根據(jù)需要設(shè)計成任意形狀，加工工藝 簡單；
3、 本發(fā)明一種特殊的扁形熱管的結(jié)構(gòu)及工藝，在具有圓 形腔體的熱管加工完成后，在做后續(xù)打扁工序時，不需要注 意熱管受壓的位置，因此簡化了加工工藝，節(jié)省工時和成本；
4、 本發(fā)明 一 種特殊的扁形熱管的結(jié)構(gòu)及工藝，具有上述 諸多優(yōu)點，而其僅是對于現(xiàn)有具有圓形腔體的燒結(jié)熱管的制作工藝做些微的結(jié)構(gòu)改變，結(jié)構(gòu)簡單，降低了制造成本，適 于產(chǎn)業(yè)界廣泛推廣使用。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進 一 步說明。
圖1A是 一 根標準熱管的外形示意圖。 圖1B是圖1A的截面放大圖。 圖2是 一 根標準扁形熱管的外形示意圖。 圖3 A是現(xiàn)有的扁形熱管中的多孔材料第 一 種結(jié)構(gòu)的截 面示意圖。
圖3B是現(xiàn)有的扁形熱管中的多孔材料第二種結(jié)構(gòu)的截 面示意圖。
圖3C是現(xiàn)有的扁形熱管中的多孔材料第三種結(jié)構(gòu)的截 面示意圖。
圖3D是現(xiàn)有的扁形熱管中的多孔材料第四種結(jié)構(gòu)的截 面示意圖。
圖4是本發(fā)明間斷式燒結(jié)型扁形熱管結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
圖5是本發(fā)明間斷式燒結(jié)型扁形熱管加工流程(1 )中一 端封閉的圓管示意圖。
圖5A是圖5的截面放大圖。
圖5B是本發(fā)明加工流程(2 )中的中心棒截面示意圖。 圖5C是本發(fā)明加工流程(3 )中圓管中插入中心棒并填
充燒結(jié)粉末后的截面示意圖。
圖5D是本發(fā)明加工流程(4 ) 、 ( 5 ) 、 ( 6 )中抽出中心棒、
填充工作液體并封閉熱管的截面示意圖。
圖5E是本發(fā)明加工流程(7 )中熱管打扁的截面示意圖。 圖5F是圖5E的扁形熱管成品外形圖。
圖6A是本發(fā)明加工扁形熱管中的多孔材料時，所使用 的中心棒的第 一 種截面示意圖。
圖6B是本發(fā)明加工扁形熱管中的多孔材料時，所使用的 中心棒的第二種截面示意圖。
圖6C是本發(fā)明加工扁形熱管中的多孔材料時，所使用的中心棒的第三種截面示意圖。
圖6D是本發(fā)明加工扁形熱管中的多孔材料時，所使用 的中心棒的第四種截面示意圖。
圖7A是本發(fā)明扁形熱管散熱裝置應(yīng)用實例結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7B是圖7A中扁形熱管散熱裝置的結(jié)構(gòu)分解圖。 圖中，l.扁形熱管，2.中心棒，3.散熱器，4.風(fēng)扇，5.螺
釘，6.金屬板，7.導(dǎo)熱貼，8.發(fā)熱芯片，9.主板，10.筆記
本電腦，ll.熱管腔體，12.多孔材料。
具體實施例方式
圖4所示為本發(fā)明間斷式燒結(jié)型扁形熱管的 一 個實施例， 該扁形熱管包括兩端封閉的熱管腔體11、多孔材料12及填 充在熱管腔體11內(nèi)的工作液體。多孔材料12的結(jié)構(gòu)為間斷 式排列，每個多孔材料的兩側(cè)均為空間間隔，形成多孔材料 -間隔-多孔材料的間斷排列結(jié)構(gòu)，環(huán)繞在熱管腔體11的內(nèi) 壁面。在間隔式多孔材料12中的間隔的作用是增加蒸汽流 動的空間，該多孔材料1 2及其間隔的尺寸及形狀可根據(jù)需 要進行調(diào)整。
本發(fā)明間斷式燒結(jié)型扁形熱管的加工制作方法實施例的 步驟如下
1. 首先，選擇一根圖5所示的具有高導(dǎo)熱特性材質(zhì)的 金屬管，例如銅管，一 端通過焊接(氬弧焊，錫膏焊或者冷焊) 或者粘接的方式封閉，形成截面為圖5A所示的熱管腔體11;
2. 然后，選擇合適的中心棒2,中心棒2材質(zhì)為耐高溫以 及與熱管腔體和燒結(jié)粉末在高溫下沒有相互作用的材料，例 如石墨或者滲碳不銹鋼等，中心棒2為帶有齒形外緣的棒材， 該齒形外緣可通過精密數(shù)控機床加工而成，加工成的中心棒 2如圖5B所示；
3. 其次，把中心棒2插入到金屬管腔體11內(nèi)；
4.在中心棒2和金屬管腔體11之間形成的空隙填充金 屬粉末12后，形成圖5C所示的裝置，把這個裝置放入燒結(jié) 爐中，按照普通燒結(jié)熱管的制程進行粉末燒結(jié)，例如在真空 燒結(jié)爐或者還原氣氛燒結(jié)爐中，爐溫為略低于材料熔點，例如對于銅而言，燒結(jié)溫度為800-1 100°C之間，多孔燒結(jié)材料 一次成型在熱管腔體內(nèi)壁；
5. 燒結(jié)結(jié)束后，把中心棒從熱管中抽出，則圖5D所示的 熱管腔體11和多孔材料12制備完成；
6. 然后，按照標準熱管制造工藝進行后續(xù)的抽真空除 氣，真空度應(yīng)該小于10-2Torr，再進行工作液體灌裝以及端口 封閉，封閉方式為先冷焊再硬焊(例如氬弧焊)，這樣圓形熱管 制造完成；
7. 最后，進行標準熱管打扁工藝，通過夾治具對熱管施 加壓力產(chǎn)生變形，按照所需厚度適當加壓以及控制施壓件的 行程位移，最后形成截面為扁狀的熱管，其截面如圖5E所示， 其外形如圖5F所示。
如果適當控制燒結(jié)多孔材料的間隔大小，使得多孔材料 在打扁的過程中方便插入到間隔中，這樣可以得到總厚度為 2倍的熱管腔體壁厚加單層燒結(jié)的多孔材料厚度，該厚度是 燒結(jié)類扁式熱管的最小極限厚度.
本發(fā)明扁形熱管中的多孔材料為高導(dǎo)熱材質(zhì)粉末燒結(jié) 而成，該熱管高導(dǎo)熱材質(zhì)粉末的顆?？梢噪S著性能的需要沿 熱管軸向或徑向而改變顆粒大小。
本發(fā)明工藝中所選擇的具有高導(dǎo)熱特性材質(zhì)的金屬管 為銅管或鋁管。所選用的多孔材料為銅粉末或鋁粉末燒結(jié)而 成。熱管腔體及多孔材料的材質(zhì)可用聚合物來代替金屬。
本發(fā)明加工扁形熱管中的多孔材料時，所使用的中心棒 的材質(zhì)為石墨或滲碳不銹鋼，中心棒的齒形外緣可為圖6A 所示的矩形齒外緣，或圖6B所示的三角形齒外緣，或圖6C 所示的帶有圓弧過渡的的梯形齒外緣，或圖6D所示的半圓 形齒外緣。
本發(fā)明熱管腔體中所灌裝的工作液體為水、丙酮、甲醇、 乙醇或氟里昂類制冷劑。
再請參閱圖7A和圖7B所示的本發(fā)明扁形熱管在筆記本 電腦中 一 個具體應(yīng)用實例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中扁形熱管1 一 端通過 一 塊或者幾塊由螺釘5與筆記本電腦10相連的金屬板6和導(dǎo)熱貼7 ，與位于主板9上面的發(fā)熱芯片8接觸，吸
收芯片產(chǎn)生的熱量，然后通過扁形熱管1傳遞熱量到另一
端，熱管1另一端與以翅片散熱器3相聯(lián)接，通過風(fēng)扇4將 冷空氣吹過散熱器3，將熱管1傳遞過來的熱量帶走，并從 筆記本電腦10的散熱孔釋放到環(huán)境空間中去，從而實現(xiàn)散熱 目的。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā) 明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如 上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員， 在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù) 內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是 未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以 上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于 本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種扁形熱管，其特征在于它包括熱管腔體、燒結(jié)的多孔材料及工作液體，多孔材料的結(jié)構(gòu)為間斷式排列，每個多孔材料的兩側(cè)均為空間間隔，形成多孔材料-間隔-多孔材料的間斷式排列結(jié)構(gòu)，環(huán)繞在熱管腔體的內(nèi)壁面，工作液體充填在熱管腔體內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁形熱管，其特征在于所述的多孔材料及其間隔的尺寸和形狀可根據(jù)需要調(diào)整。
3、 一種生產(chǎn)權(quán)利要求1的扁形熱管的方法，它包括以下次序的工藝步驟(1 )選擇 一 根具有高導(dǎo)熱特性材質(zhì)的金屬管，將其一端通過焊接或粘結(jié)或螺接或卡接的方式封閉，形成熱管腔體；(2 )選擇合適的中心棒，該中心棒的材質(zhì)為耐高溫及與熱管腔體及燒結(jié)粉末在高溫下沒有相互作用的材料；該中心棒為帶有齒形外緣的棒材；(3 )將中心棒插入到步驟(1 )的熱管腔體內(nèi)；(4 )在中心棒和熱管腔體之間形成的空隙內(nèi)填充金屬粉末后，將其放入燒結(jié)爐中，按照普通燒結(jié)熱管的制程進行粉末燒結(jié)，金屬粉末多孔材料和熱管腔體燒結(jié)成 一 體；(5 )燒結(jié)結(jié)束后，把中心棒從熱管中抽出，則熱管腔體和多孔材料制備完成；(6 )按照標準的熱管制造工藝進行后續(xù)的抽真空除氣，真空度應(yīng)小于10 —2Torr，進行工作液體灌裝及端口封閉，封閉方式為先冷焊再硬焊，則圓形熱管制作完成；(7 )最后進行標準熱管打扁工藝，通過夾治具對熱管施加壓力產(chǎn)生變形，按照所需厚度適當加壓以控制施壓件的行程位移，最后形成截面為扁形的熱管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于所述的多孔材料為高導(dǎo)熱材質(zhì)粉末燒結(jié)而成，該熱管高導(dǎo)熱材質(zhì)粉末的顆?？梢噪S著性能的需要沿?zé)峁茌S向或徑向而改變顆粒大小。
5 、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于步驟(1 )中所選擇的具有高導(dǎo)熱特性材質(zhì)的金屬管為銅管或鋁管。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于步驟(2 )中所選擇的中心棒的材質(zhì)為石墨或滲碳不銹鋼，中心棒的齒形外緣可通過精密數(shù)控機床加工而成。
7 、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于所述的中心棒的齒形外緣可為矩形齒外緣或三角形齒外緣或帶有圓弧過渡的的梯形齒外緣或半圓形齒外緣。
8、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于所述的多孔材料為銅粉末或鋁粉末燒結(jié)而成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于步驟(6 )中所灌裝的工作液體為水、丙酮、甲醇、乙醇或氟里昂類制冷劑。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的生產(chǎn)扁形熱管的方法，其特征在于所述的熱管腔體及多孔材料的材質(zhì)可用聚合物來代替金屬。
全文摘要
一種扁形熱管及其制作方法，該扁形熱管中的多孔材料的結(jié)構(gòu)為間斷式排列，每個多孔材料的兩側(cè)均為空間間隔，形成多孔材料-間隔-多孔材料的間斷式排列結(jié)構(gòu)，環(huán)繞在熱管腔體的內(nèi)壁面，工作液體充填在熱管腔體內(nèi)。本發(fā)明具有制程簡單，造價低，性能穩(wěn)定，在應(yīng)用的過程中不需要特別注意其安裝的方式，便于熱管與其它散熱模組進行組裝，可滿足微小空間電子器件的散熱需要，適用于多媒體可視移動電話，筆記本電腦等現(xiàn)代便攜式多媒體電子設(shè)備的散熱裝置。
文檔編號B22F7/08GK101581549SQ20091008656
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月9日
發(fā)明者驥 李 申請人:北京奇宏科技研發(fā)中心有限公司