熱導管

熱導管散熱模組常見於電子3C產品，透過熱導管內工作流體兩項變化傳熱機制，在有限的空間內滿足穩定高效的熱傳需求。結構上，熱導管為一兩端密封，內部負壓的管狀腔體，內部有提供液體毛細吸附力量的微結構，一端為蒸發區，與熱源接觸; 另一端為凝結區，與鰭片接觸。

製程上，熱導管注入工作流體與封口之前，先抽除內部空氣，在低壓環境下工作流體的汽化溫度會大幅下降。蒸發腔內的流體吸收熱量迅速汽化，讓局部的壓力升高，蒸汽轉往凝結端移動，經與外部熱交換釋放熱量後，凝結成液態，再藉由重力或管壁的毛細力與壓力差，回流到蒸發區，周而復始的循環。藉由流體兩項變化的工作原理，熱導管的等效熱傳係數(thermal conductivity)大約是純鋁的50~100倍，可說是最有效且成本合理的熱傳元件，故能大量普及到電腦與電子產品內。

熱導管的原型為圓直管狀，常見的外徑有D3，4，5，6，8與10mm，熱導管製造生產還有相對應的折彎，扁平與段差流程，以適合不同產品內部機構空間的限制。下表一為不同外徑熱管，最小建議的折彎半徑，折彎半徑過小，會導致折彎處外觀凹陷，內部銅粉剝落等不利缺陷，進而影響熱導管之熱傳性能。下表二為參考之熱管扁平後的寬度，供設計開發人員參考。

熱導管內部毛細結構

熱導管內部結構有多種選擇，常見溝槽管，銅粉燒結，編織網與複合式結構，不同結構各有其優勢與限制，選用時建議與專業熱流產品開發人員確認。

溝槽式熱管 (Groove Heat Pipe)：

管內的齒溝是銅管抽伸時一併成型，毛細結構性能穩定，生產成本較低。

燒結式熱管 (Sintered Heat Pipe or Powder Heat Pipe)： 

燒結式熱管內部結構為銅粉燒結而成的多孔隙結構，銅粉的粒徑大小，粒徑分佈，與燒結的爐溫和時間，會影響燒結層的孔隙率。燒結管內工作流體的蒸發，凝結與回流，皆與管內燒結層孔隙率息息相關，所以粉末粒徑的挑選，控管與燒結製程溫度與時間的控制非常重要，一般來說燒結式熱導管的成本較高但抗重力特性強，熱傳性能優異。

網狀與編織管 (Mesh Heat Pipe or Fiber Heat Pipe)：

光滑管壁，再加入金屬網或是金屬編織網，提供蒸發與回流所需的微結構。製程單純，抗重力性能會稍為優於溝槽管。

複合式熱導管：

管內有兩種或兩種以上的毛細結構所組成，例如，溝槽加上燒結，或是溝槽加上銅網，通常用來提高熱傳量或是兩項流效率，以滿足特殊的應用需求。

熱導管表一

熱導管表二

熱導管的工作流體選擇

熱導管本身的材質與工作流體有多種選擇， 包含銅，鋁，不銹鋼甚至陶瓷結構；流體的挑選有水，醇類，丙酮或是阿摩尼亞，設計者須考量專案應用的溫度與壓力需求，散熱器操作溫度與耐久性需求，選擇適當的管材與流體。在常溫常壓下，水與銅是最常見性能最好的熱導管選擇: 1976年Chi 歸納出熱管工作流體的評價參數(Merit Number)，數值愈大，愈適合做為熱導管的工作流體：

ρl      Liquid density
 σ      Surface tension
 λ       Latent heat
μl      Liquid viscosity

流體的密度，相變化潛熱與表面張力做為分子，即說明這些數值愈大，愈適合做為工作流體，因為在熱傳量固定的情況下，流體的密度和相變化潛熱愈高，需要的流體流量愈小。分母的流體黏滯係數，愈高代表著流動的壓差愈大，愈不利做為熱傳工質。

下圖以水(H₂O)，甲醇(Methanol)，丙酮(Acetone)，阿摩尼亞(Ammonia， NH₃)和R22冷媒為例，比較流體在不同溫度下作為熱管工作流體評價參數，明顯看出水的評價參數是其他流體的10倍以上，所以是熱導管工作流體的最佳選擇。

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