CN1920467A - 烧结式热导管之制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧结式热导管之制造方法，其主要是先将一芯棒插入热导管之壳体内，且使该芯棒与壳体之间留有间隙，并在上述间隙内填入已调配好并成流动性良好之高热传导粉体浆料，经对浆料固化定型后抽出芯棒，再施以烧结制程，以形成具有烧结式毛细结构层之热导管。

Description

烧结式热导管之制造方法
【技术领域】
本发明涉及一种热导管之制造方法，特别是关于一种烧结式热导管之制造方法。
【背景技术】
热导管因体积小、利用相变潜热作用快速输送大量热能、温度分布均匀、构造简单、重量轻、无需外加作用力、寿命长、低热阻、远距传输等特性，符合目前计算机等领域的散热需求，因此被广泛用来解决散热问题。
热导管的驱动原理是利用蒸发部之毛细结构内所蕴含的工作流体，吸收外部热源之热量而蒸发，由于蒸汽产生的压差使蒸汽向热导管的冷凝部方向快速移动并传送热量，最后在冷凝部冷却凝缩并放热。此后，凝缩的工作流体被吸收于冷凝部之毛细结构内，藉由毛细结构产生的毛细压差，而被驱动回归于蒸发部，上述工作流体的移动及回归过程循环运作，从而使热量由蒸发部不断向冷凝部传输。
热导管之毛细结构在整个传热过程中扮演着极其重要的角色，现有的毛细结构包含烧结式毛细结构、沟槽式毛细结构、纤维式毛细结构及筛网式毛细结构，该等毛细结构各有其优缺点。其中，烧结式毛细结构是藉由粉体直接烧结于管内形成，其具有多蒸汽信道及微小干道等特性，而可以增加液体的流动速率及提升毛细压力，适合应用于反重力及高功率的热导管中，目前运用广泛。
然而，烧结式热导管在制造上亦相对复杂，且生产良率一直较低，其主要经过插入芯棒、填入粉体、烧结处理、芯棒脱膜等制程。图1所示为制造烧结式热导管所惯用的方法，主要为于热导管之导热壳体1中插入芯棒2，于导热壳体1与芯棒2之间填入粉体3(通常为铜粉)进行烧结，烧结完成后使芯棒2脱模，即将芯棒2抽离导热壳体1。在上述各步骤中，造成良率低的主要制程在于芯棒脱膜，主要原因是粉体3与芯棒2(通常为不锈钢)表面在烧结过程中易产生扩散键结(Diffusion Bond)而结合在一起，以及铜粉在600～800℃约有2％～3％的膨胀问题，如图2所示。因此当完成烧结后要将芯棒2抽离时，必需额外施加更多的外力，而热导管经过高温烧结后其导热壳体1表面软化，使得热导管轻则变形，严重者无法脱膜而造成不良率的增加。
目前现有的改善方法是将芯棒2经过氮化处理及于芯棒2表面涂布耐反应层，例如：钨粉(W)、氮化硼(BN)、氧化铝陶瓷粉(Al2O3)。所添加的粉体极易因抽拔时的摩擦力而剥落进而残留于热导管内，其影响为：(1)极可能造成堵塞毛细结构，造成工作介质回流不顺畅；(2)所涂布的抗反应层厚度逐渐缩减，导致芯棒在使用次数上受到严重的限制。当不锈钢棒表面涂布氮化硼(BN)后通常可以使用5～8次，而芯棒的使用寿命一般为10～50次，因此计算每烧结一支热导管时芯棒及表面涂布所占的费用约为成本的10～20％。如果可以增加芯棒的使用次数甚至可以不用芯棒，则将可以大幅降低热导管制造成本、维持产品的品质，增加产品的竞争力。
【发明内容】
为解决烧结式热导管在制造过程中由于芯棒脱模所造成制程良率低以及成本较高的技术问题，在此实有必要提供一种烧结式热导管之制造方法，以提升制程良率，并降低其生产成本。
该烧结式热导管之制造方法包括如下步骤：将一芯棒插入热导管之壳体内，且使该芯棒与壳体之间留有间隙；在上述间隙内填入已调配好并成流动性良好之高热传导粉体浆料；对填入之流动性浆料进行固化定型处理；浆料定型后将芯棒抽离壳体；以及对上述壳体及定型浆料进行高温烧结，使该高热传导粉体形成为热导管之毛细结构层。
上述制造方法是通过成型技术将先调制浆料颗粒，利用浆料颗粒具良好之流动性而充填于芯棒与壳体间隙，并对流动性浆料固化成型，再将芯棒抽离，此后在烧结过程中已无须使用芯棒，因而不会导致烧结后芯棒脱模困难的问题，可有效提升制程良率，且由于在上述方法中芯棒可重复多次使用，亦同时达到有效降低生产成本，提升产品竞争力。
【附图说明】
下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是现有烧结式热导管制程示意图。
图2是铜粉在烧结制程中的热分析图。
图3是本发明烧结式热导管之较佳制程的流程图。
图4是本发明烧结式热导管在制造过程中其中一实施例的结构示意图。
图5是依图4之制程所得的烧结式热导管的纵向剖视图。
【具体实施方式】
图3揭示为本发明烧结式热导管之较佳制程，主要包括五个步骤，即插入芯棒、填入浆料、浆料定型、抽出芯棒及烧结，以在热导管内形成烧结毛细层，该制程是先将形成该烧结毛细层的高热传导粉体调配成具可流动性之浆料，并利用机械力作用，将此浆料流体注入热导管之一定形状空间内，再利用加热或冷却等方式使浆料定型，以维持所设计之形状及厚度，抽出芯棒，再施以高温烧结而成为具毛细结构之热导管。下面结合图4对该制程之各步骤进行说明。
图4揭示为本发明烧结式热导管在制造过程中其中一实施例的结构示意图，包括一导热壳体10、一定位块20、一芯棒30及一挤压机40。该导热壳体10是定位在定位块20上，且一端形成缩口端11，该芯棒30的前端形成锥状并设有排气孔31，该芯棒30之外径小于该导热壳体10的内径，藉此，芯棒30插入导热壳体10之后在两者之间会形成一定的预留间隙，即可利用设于挤压机40上之挤压杆41往前推挤所产生的机械压力将调配好之浆料50压挤填入至导热壳体10与芯棒30之间的预留空间内。
该浆料50之调配可采用将多种低温高分子材料、分散剂、高热传粉体、黏结剂等依重量比或者体积比而调配形成加温后具流动性之流体，在调配时，通过加热使低温高分子材料达到软化点，以形成具流动性之浆料50。其中，该分散剂是利于高热传导粉体颗粒分散均匀，该黏结剂可于浆料定型后使高热传导粉体颗粒之间粘贴而维持该定型后之形状。在调配过程中，浆料50的固含量必需维持在适当的黏度，黏度过高，则不易流动，需升高加热温度；黏度过低，则浆料50不易凝固且易造成生胚密度的降低。所选择的低温高分子材料可以是塑料类高分子、石蜡系高分子，所选用的高热传导粉体可以是金属粉末或者陶瓷粉末，比如铜、铝、银、镍、钛、人工钻石颗粒、陶瓷等纯元素，或者为上述任一种元素的合金，亦或为上述多种元素的组合。
该浆料50之调配还可采用在高热传导粉体中加入挥发性高的溶剂、黏结剂、分散剂等，并按一定的重量比或者体积比而调配形成具流动性之流体，同样在调配时，浆料50的固含量必需维持在适当的黏度，其中，所选择的高挥发性溶剂可以是醇类、酮类、烷类溶剂。
操作时，其动作方式为：将尖端具排气孔31之芯棒30一端置入导热壳体10内并抵止于其缩口端11，另一端可与挤压机连为一体亦可置入挤压机40之具空孔之挤压杆41内，而导热壳体10之非缩口端的圆周面与挤压机40出料口处的圆周面抵接；接着将调配好的浆料50在挤压机40的进料处经由挤压杆41的前进推挤，而沿挤压机40的出料口往导热壳体10之方向推进，而导热壳体10内产生的大量气体则经由芯棒30前端预留的排气孔31排出，直到浆料50补满导热壳体10内预留间隙为止；然后对填入之浆料50进行固化定型，针对不同的浆料调配方式，对浆料50填充及固化定型的方式稍有不同，如果浆料50是采用上述第一种即填入低温高分子材料的方式调配形成，则需先经过加温使高分子材料软化后再挤入导热壳体10内，并在定位块20内通以冷却系统将导热壳体10冷却，达到同时将具流动之浆料冷却固化的目的。如果浆料50是采用上述第二种即填入高挥发性溶剂的方式，则可采用低温(40℃～80℃)烘烤方式将高挥发性溶剂慢慢蒸发，使得浆料50的黏度越来越稠，最后达到烘干定型之目的。
浆料50定型后，因浆料50收缩而与芯棒30分离，即可将芯棒30轻易抽离，而得到一均匀厚度的毛细结构生胚；最后将具此固化定型浆料50之导热壳体10做高温烧结处理，于烧结完成后再经由一端封口、抽真空、注工作液体、另端封口等步骤即可以得到一烧结式热导管60，且其管内形成有一均匀厚度之烧结粉末式毛细结构层61，如图5所示。针对上述第一种调配方式形成的浆料50，在进行高温烧结之前还需经过低温缓慢烘烤，使原来填入之低温高分子材料慢慢烧失掉，以防止该高分子材料因加热过快而软化造成的塌陷问题，在实务上，可在调配浆料50时，采用具有不同软化温度点的多种低温高分子材料进行调配，据此在进行烧失时可将其依温度区间分段烧失掉。
在本实施例中，由于在烧结进行之前，芯棒30即已被抽离导热壳体10，而在烧结过程中已无须使用芯棒，可避免现有制程中由于芯棒与热导管之壳体因烧结而结合在一起不易脱模的问题，因此该芯棒30可重复多次使用，并有效提升产品良率。
为配合自动化生产，还可将上述制程各步骤结合控制系统而实现生产自动化，其中主机构可包含：浆料调配系统、定量填料系统、浆料冷却定型系统、烧结炉系统以及控制系统，经由控制系统的控制设计将各制程动作依序排定动作时机及时间，即可完成自动化生产。
是以，上述实施例具有改善现有技术之众多优点：
(一)利用成型技术将浆料预先定型在壳体内，在热导管烧结前，将芯棒取出，而在烧结过程中已无须使用芯棒，因而不会导致烧结后芯棒脱模困难的问题，可避免使用芯棒所造成的缺点，有效提升制程良率；同时亦达到有效降低生产成本，提升产品竞争力。
(二)利用挤压制程可制作厚度均一的毛细结构层，避免利用其它方式所造成毛细结构厚度不均及填粉不实的缺点。
(三)结合自动化设备可提升量产性。

Claims (13)

1.一种烧结式热导管之制造方法，包括如下步骤：将一芯棒插入热导管之壳体内，且使该芯棒与壳体之间留有间隙；在上述间隙内填入流动性良好之高热传导粉体浆料；对填入之流动性浆料进行固化定型处理；在浆料定型后将芯棒抽离壳体；以及对上述壳体及定型浆料进行高温烧结，使该高热传导粉体形成为热导管之毛细结构层。
2.如权利要求1所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该热导管壳体之一端形成缩口状。
3.如权利要求2所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该芯棒插入壳体后其前端抵止于壳体的缩口端，且该芯棒之前端设有排气孔。
4.如权利要求1所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该具流动性之浆料是以挤压方式注入上述间隙内。
5.如权利要求1所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该具流动性之浆料是由高热传导粉体中填加包括低温高分子材料与黏结剂在内的成分经加温而调配形成。
6.如权利要求5所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：所填加的低温高分子材料为塑料类高分子、石蜡系高分子。
7.如权利要求5所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：对浆料进行定型是采用冷却固化的方式。
8.如权利要求7所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：还包括在芯棒抽离后，利用加热使定型浆料中的低温高分子材料烧失掉。
9.如权利要求1所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该具流动性之浆料是由高热传导粉体中填加包括溶剂与黏结剂在内的成分而调配形成。
10.如权利要求9所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：所填加的溶剂为醇类、酮类或烷类溶剂。
11.如权利要求9所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：对浆料进行定型是采用烘烤加热的方式。
12.如权利要求5或9所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该浆料中还填加有分散剂。
13.如权利要求5或9所述的烧结式热导管之制造方法，其特征在于：该高热传导粉体是选自铜、铝、银、镍、钛、人工钻石以及陶瓷材料中的一种或者由多种组合而成。
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