专利名称：柱形热管及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种热管及其制造方法，尤其是一种用于发热电子元件(包括个人电脑CPU)的端面受热的柱形热管及制造方法。
背景技术：
随着计算机、通讯、光电照明LED等电子产品以“摩尔定律(Moor’s Law)”等比级数的惊人速率发展及小型化，相对衍生之热处理问题亦趋增加，热流密度也随之提升。如何在有限的空间解决此散热问题，确保电子产品之正常操作，是世界各国散热模组厂家和相关科研机构加大科研投入，积极寻求和研发新型高效、能适合下一代电子产品发展需要的散热组件。
热管是一种在密封的腔体内注入少量液体工质，利用液体的蒸发和冷凝来快速导热，是现有导热最快的传热元件。以热管作为高效传热元件制成的散热模组，已开始进入发热电子元件(包括计算机CPU)散热模组市场，并逐步替代现有的实体散热模组。常用的热管散热模组在基板上焊接一根以上的L形或U形小热管，在小热管上设有复数个层叠在一起的散热片。使用时发热电子元件直接与基板接触，通过基板将热传导给热管，热管再将热量传给散热片，在散热片的侧面安装有风扇，风扇强制空气吹过多个散热片将热量散发给周围空气中。
由于小热管与基板焊接在一起，电子元件产生的热量首先传导给基板，由基板再将热传导给热管，增加了热阻，且多根小热管上装散热片的加工难度增加，成本较高，影响了这种热管散热器的大规模应用。
发明内容
为了克服现有热管散热器的不足，本发明提供一种柱形热管及制造方法，该柱形热管的一个端面(柱形热管底板)为受热面，直接与发热电子元件接触，柱形热管的整个管体外壁面为散热面，可在其上设置散热片组件构成散热模组，来减小热阻、增大散热面积，提高散热效率和散热功率，减轻散热器的重量。
本发明解决其技术问题采用的技术方案这种柱形热管包括底板、管体、烧结层、毛细盖板、顶盖、排气管，由底板、管体、顶盖、排气管构成密封腔体，内部呈真空状态；管体的下端设有底板，管体的上端设有台阶，在台阶上装有毛细盖板，在毛细盖板上设有顶盖，顶盖上设有排气管，排气管呈密封状态；管体内壁面和底板内表面设有多孔毛细结构的烧结层，与管体上端的毛细盖板连通构成闭合的工作液体循环通道，在烧结层和毛细盖板内吸附有工作液体。
这种柱形热管制成方法，包括下列步骤管体的下端设有底板，在管体内部底板表面均匀装上一层金属粉；将芯轴插入管体中心部，在芯轴和管体间隙内装入金属粉，并在振动台上震动，使间隙内各处金属粉均匀紧实；将装好金属粉的管体、底板和芯轴放入气氛保护炉内进行高温烧结，形成在管体和底板内表面上的烧结层，冷却后取出芯轴；在管体的管体台阶上先装入毛细结构盖板，然后装上顶盖；在顶盖的通孔内插入排气管，排气管外表面靠近顶盖处装上钎焊丝环，在顶盖台阶与管体台阶间的环隙内装入钎焊丝环；再将装好顶盖、排气管、钎焊丝环的管体和底板放入气氛保护炉内进行高温钎焊；焊接完成后，形成除排气管与外界连通外的一个密封腔体，通过排气管向密封腔体内注入液体传热工质；在真空排气台上通过排气管抽出密封腔体内的空气；用机械方法夹封排气管，再用焊接方法封焊排气管的端部，完成柱形热管的制造。
本发明可通过下述方式进一步完善底板与管体是一体成型。
底板与管体是两件焊接在一起。
底板大于管体的外径，其形状是圆形、或方形、或三角形、或菱形。
底板与管体是一体成型，底板与管体的外径相同。
烧结层是纯铜粉经高温烧结在管体内壁面和底板内表面上，烧结层与管体上端的毛细盖板连通，构成闭合的毛细结构连通体，提供工作液体的循环通道。
顶盖上端设有顶盖台阶，顶盖的外径与管体台阶的内径相配合，顶盖的高度与管体台阶的高度相配合，使安装后顶盖高度与管体上端面平齐；顶盖台阶与管体台阶的内壁面形成环形槽；顶盖上设有通孔，通孔中插入排气管并焊接在一起。
毛细盖板是由丝网毛细结构构成，与顶盖点焊在一起。
毛细盖板是由铜粉烧结而成，或是与顶盖烧结在一起。
本发明有益的效果是柱形热管的底板作为受热面，与发热电子元件直接接触吸热，减小了现有技术热管与基板焊接而增加的导热热阻；管体外表面与散热片组件组合成散热模组，热管与散热片组件结合面积大，热阻小。柱形热管内部靠工作液体蒸发与冷凝相变传热，导热速率快、传热能力大、管体的上下温度均匀。柱形热管内部底板上的烧结层增大了传热面积，强化了蒸发传热；管体内壁面烧结层增大传热面积，强化了蒸汽的冷凝；底板内表面上烧结层、管体内壁面上烧结层、管体上端毛细盖板构成相互连通，构成闭合的毛细结构连通体，提供工作液体的良好通畅的循环通道，增加了蒸发冷凝相变过程的稳定性，减小了柱形热管的波动。因此利用该发明制成的散热模组，散热能力大、热阻小、重量轻，能满足发热电子元件对散热器功率大、体积小、重量轻的需求。
图1是本发明柱形热管立体示意图；图2是本发明柱形热管剖视示意图；图3是本发明管体、底板结构示意图；图4是本发明装铜粉烧结时示意图；图5是本发明烧结后管体、底板、烧结层结构示意图；图6是本发明顶盖结构示意图；图7是本发明各部件装配次序立体示意图；图8是本发明钎焊时剖视结构示意图；图9是本发明钎焊完成后立体结构示意图。
附图标记说明底板1，管体2，管体台阶2-1，烧结层3，铜粉3-1，芯轴4，毛细盖板5，顶盖6，顶盖台阶6-1，通孔6-2，排气管7，密封腔体8，钎焊丝9。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明参照图1、图2，这种柱形热管，包括底板1、管体2、烧结层3、毛细盖板5、顶盖6、排气管7，该柱形热管由底板1、管体2、顶盖6、排气管7构成密封腔体8，内部呈真空状态；管体2的下端设有底板1，底板1与管体2是一体成型，或是两件焊接在一起，底板1与管体2的外径相同，或是底板1大于管体1的外径，其形状是圆形、或方形、或三角形、或菱形、或其它不规则形。管体2的上端设有管体台阶2-1，在管体台阶2-1上装有毛细盖板5，毛细盖板5是由丝网毛细结构，或是铜粉烧结毛细结构，或是纤维毛细结构，或是其他具有一定毛吸力的毛细结构材料构成。在毛细盖板5上设有顶盖6，顶盖6上端设有顶盖台阶6-1，顶盖6的外径与管体台阶2-1的内径相配合，顶盖6的高度与管体台阶2-1的高度相配合，使安装后顶盖6高度与管体2上端面平齐；顶盖台阶6-1与管体台阶2-1的内壁面形成环形槽，用来放置钎焊丝环，以及用作顶盖6与管体2高温焊接时钎焊料的容槽。顶盖6上设有通孔6-2，通孔6-2中插入排气管7，通过焊接方式将排气管7与顶盖6焊接在一起。通过排气管7向密封腔体8内注入工作液体，通过排气管7将密封腔体8内的空气抽出后，再将排气管7用夹封和焊接方式封住。管体2内壁面和底板1内表面设有一定厚度的多孔毛细结构烧结层3，烧结层3由一定目数铜粉高温烧结而成，与管体2上端的毛细盖板5连通构成闭合的工作液体循环通道，在烧结层3和毛细盖板5内吸附有工作液体。
参看图3～图9，这种柱形热管的制造方法，包括以下步骤管体2的下端设有底板1，底板1与管体2是一体成型，或是两件焊接在一起(参见图3)；在管体2内部底板1表面均匀装上一层金属粉3-1，然后将芯轴4插入管体2中心部，在芯轴4和管体2间隙内装入金属粉3-1，并在振动台上震动，使间隙内各处金属粉3-1均匀紧实，这种金属粉为一定粒度范围(目数)的纯铜粉(参见图4)；将装好金属粉3-1的管体2、底板1和芯轴4一起放入气氛保护炉内进行高温烧结，形成在管体2和底板1内表面上的烧结层3，冷却后取出芯轴4(见图5)；在管体台阶2-1上先装入毛细结构盖板5，然后装上顶盖6；在顶盖6的通孔6-2内插入排气管7，排气管7外表面靠近顶盖6处装上钎焊丝环9，在顶盖台阶6-1与管体2台阶2-1间的环隙内装入钎焊丝环9(见图6，图7)；再将装好顶盖6、排气管7、钎焊丝环9的管体2和底板1放入气氛保护炉内进行高温钎焊；焊接完成后，形成除排气管7与外界连通外的一个密封腔体8(见图9)；通过排气管7向密封腔体8内注入液体传热工质；在真空排气台上通过排气管7抽出密封腔体8内的空气；用机械方法夹封排气管7，再用焊接方法封焊排气管7的端部，完成柱形热管的制造(见图1、图2)。
参看图6，顶盖6上端设有顶盖台阶6-1，与管体台阶2-1内壁面形成环形槽，用来放置钎焊丝环9，以及用作顶盖6与管体2高温焊接时钎焊料的容槽。顶盖6还设有通孔6-2，排气管7插入通孔6-2中并与顶盖6用钎焊法焊接在一起。
使用时，柱形热管的底板作为受热面，与发热电子元件直接接触，管体外表面为散热面，与散热片组件结合。通常是在管体外壁面上设置复数个层叠在一起的散热片组成散热模组，风从侧面平行吹过每个散热片表面；或是管体装在四周设有复数个辐射状散热片的通孔内组成的散热模组，风从顶部向下吹过辐射状的散热片表面。发热电子元件将热量传给柱形热管的底板，在底板内表面烧结层里的工作液体吸收热量而蒸发变成蒸汽，蒸汽在管体内壁面放热冷凝成液体，将热量传热与管体紧密配合的散热片组件，再由风散发到周围环境中。在管体内壁面蒸汽放热而冷凝的液体在烧结层内和毛细盖板中，通过其提供的毛细力返回到底板内表面，以补充底板上因蒸发而减少的工作液体，从而保证工作介质连续不断的蒸发与冷凝循环，源源不断地将发热电子元件产生的热量快速传给散热片组件，再散发到周围环境中。由于柱形热管利用蒸发冷凝相变传热的原理来实现导热，因此传热速率很快，传热能力大，体积小，柱形热管为中空密封腔体结构，重量轻，由柱形热管这种高效传热元件组成的散热模组，可满足发热电子元件对散热器散热功率大、体积小、重量轻、性能稳定的要求。
权利要求
1.一种柱形热管，包括底板(1)、管体(2)、烧结层(3)、毛细盖板(5)、顶盖(6)、排气管(7)，其特征是由底板(1)、管体(2)、顶盖(6)、排气管(7)构成密封腔体(8)，内部呈真空状态；管体(2)的下端设有底板(1)，管体(2)的上端设有管体台阶(2-1)，在管体台阶(2-1)上装有毛细盖板(5)，在毛细盖板(5)上设有顶盖(6)，顶盖(6)上设有排气管(7)，排气管(7)呈密封状态；管体(2)内壁面和底板(1)内表面设有烧结层(3)，与管体(2)上端的毛细盖板(5)连通构成工作液体循环通道，在烧结层(3)和毛细盖板(5)内吸附有工作液体。
2.一种权利要求1所述柱形热管的制造方法，其特征包括下列步骤1)、管体(2)的下端设有底板(1)，在管体(2)内部底板(1)表面均匀装上一层金属粉(3-1)，然后将芯轴(4)插入管体(2)中心部，在芯轴(4)和管体(2)间隙内装入金属粉(3-1)，并在振动台上震动，使间隙内各处金属粉均匀紧实；2)、将装好金属粉(3-1)的管体(2)、底板(1)和芯轴(4)放入气氛保护炉内进行高温烧结，形成在管体(2)和底板(1)内表面上的烧结层(3)，冷却后取出芯轴(4)；3)、在管体(2)的管体台阶(2-1)上先装入毛细结构盖板(5)，然后装上顶盖(6)；4)、在顶盖(6)的通孔(6-2)内插入排气管(7)，排气管(7)外表面靠近顶盖处装上钎焊丝环(9)，在顶盖台阶(6-1)与管体台阶(2-1)间的环隙内装入钎焊丝环(9)；5)、再将装好顶盖(6)、排气管(7)、钎焊丝环(9)的管体(2)和底板(1)放入气氛保护炉内进行高温钎焊；6)、焊接完成后，形成除排气管(7)与外界连通外的一个密封腔体(8)，通过排气管(7)向密封腔体(8)内注入液体传热工质；7)、在真空排气台上通过排气管(7)抽出密封腔体(8)内部的空气；8)、用机械方法夹封排气管(7)，再用焊接方法封焊排气管(7)的端部，完成柱形热管的制造。
3.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的金属粉(3-1)是纯铜粉，经高温烧结在管体(2)内壁面和底板(1)内表面上；烧结层(3)与管体(2)上端的毛细盖板(5)连通，构成闭合的毛细结构连通体，提供工作液体连续的循环通道。
4.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的顶盖(6)上端设有顶盖台阶(6-1)，顶盖(6)的外径与管体(2)上端管体台阶(2-1)的内径相配合，顶盖(6)的高度与管体台阶(2-1)的高度相配合，顶盖台阶(6-1)与管体台阶(2-1)的内壁面形成环形槽，顶盖(6)上设有通孔(6-2)，通孔(6-2)中插入排气管(7)并用钎焊方法焊接在一起。
5.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的底板(1)与管体(2)是一体成型。
6.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的底板(1)与管体(1)是焊接在一起。
7.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的底板(1)大于管体(2)的外径，其形状是圆形、方形、三角形、或菱形。
8.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的底板(1)与管体(2)的外径相同。
9.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的毛细盖板(5)是由金属丝网毛细结构构成，与顶盖点焊在一起。
10.根据权利要求1、2所述的柱形热管及制造方法，其特征是所述的毛细盖板(5)是由铜粉烧结而成，或是与顶盖烧结在一起。
全文摘要
本发明涉及一种柱形热管，这种柱形热管由底板、管体、顶盖、排气管构成密封腔体，内部呈真空状态；管体下端设有底板，管体上端装有毛细盖板，管体内壁面和底板内表面设有烧结层，与毛细盖板连通构成闭合的工作液体循环通道，在烧结层和毛细盖板内吸附有工作液体。上述柱形热管制成方法，步骤如下涂上金属粉，进行高温烧结，形成烧结层；在管体上装毛细盖板、顶盖；插上排气管；将整体放入气氛保护炉内高温钎焊，形成除排气管与外界连通外的密封腔体，从排气管注入液体传热工质；抽出管体内的空气；封排气管。本发明有益的效果是靠工作液体蒸发与冷凝相变传热，导热速率快、传热能力大、管体的上下温度均匀。散热能力大、热阻小、重量轻。
文档编号F28D15/04GK1776342SQ200510060428
公开日2006年5月24日 申请日期2005年8月18日 优先权日2005年8月18日
发明者仝爱星, 廖仁琦, 王占篱 申请人:嘉善华昇电子热传科技有限公司