熱導管的原理與製程

熱導管的傳熱現象[8][9]，包含「傳導」、「蒸發」、「對流」及「冷凝」

等現象的組合。由於其利用到物質相變化時，可吸收或散發高熱能的現象，因此 使得熱導管成為具備極高的熱傳效率之設備。舉例說明，若將熱導管和同體積金 屬棒的二端置於同樣溫差下，熱導管的導熱量將可達到金屬棒的一千倍以上。

熱導管的結構十分簡單，基本上，是將液體加在一根細長、中空、二頭封 閉的金屬管中，此一管子的內壁則有一層毛細物體(Wick)。金屬管的外殼材料 最常見的有黃銅、鎳、不銹鋼、鎢及其他合金等，而液體物質種類則相當繁 多，可包括水、水銀、乙醇、鉀、鈉、鋰及其他等等。本研究所介紹之熱導管 採用銅為外殼，內容液體為水。

如圖 3 所示，當熱導管的一端置於較高溫處，而另一端處於較低溫處時，

則傳熱現象便開始進行。傳熱的方式為熱由高溫處首先穿過金屬管壁進入毛細 物體中，此時毛細物體內的工作液因為受熱則開始產生蒸發的現象。熱導管在 高溫處的部份，稱為「蒸發部」 (Evaporator)。蒸發端受熱時，會把管壁附近 的工作流體汽化，此時受熱端之蒸氣壓力會昇高，產生蒸氣流向熱管的另一 端，即較低溫處。當汽體到達較冷的另一端時，便開始產生「冷凝」作用，此 時，熱量就是由汽態的工作液，透過毛細物體及金屬管壁而傳到較低溫的熱管 外部，因此熱管在較低溫的部份即稱之為「凝結部 」(Condenser)。

在「凝結部」內，原先由「蒸發部」所蒸發的汽體，會凝結成液體，而這 些因冷凝後所產生的液體，則又因「毛細現象」 (Capillary Pumping) 的作用，

自「冷凝部」再流回「蒸發部」…這般的流體現象將循環不息而達到散熱目 的。

圖 3 熱導管原理圖解 資料來源：[8]

熱導管(Heat Pipe)生產方式可分為四種，溝槽式(Groove)、網目式(Screen Mesh)、纖維與彈簧式(Fiber & Spring)、燒結式 (Sinter)，本研究所介紹的製程是 屬於燒結式(Sinter)，其生產製造流程(如圖4)。主要製程的說明如下：

Process (Pinch off) (升溫裁切)

Welding & Forming (焊尾 & 縮尾)

Visual & Gauging Inspection (對模

&外觀檢查) DEF Cleaning

(清洗)

Thermal Stress (熱加壓)

2. Ultrasonic Cleaner (超音波清洗)：以適當溶劑清除銅管殘留的油脂與殘餘髒 物，保持銅管內側非常乾淨。

3. Spinning (縮口)/Head Welding (焊頭)：裁切後銅管，將其中一邊的管徑縮成小 孔，並以真空焊接封閉，以利後製程將銅粉與水填入。焊接不緊密或結構不結 實，會造成熱導管破孔、漏氣，使熱導管失效。

4. Cu Powder Filling (填粉)：先將不鏽鋼棒插入銅管內，再將適量的銅粉填入不鏽 鋼與銅管壁間的空隙中。填入的銅粉數量多寡，會影響產品的功能特性，因此

5. 內的高溫， 將熱導管內銅粉固化成結晶狀，並形

70年代，一位以色列的物理學家 Dr. Goldratt 提出 最優

Sintering (燒結)：利用燒結爐 成一層 wick 結合於銅管內壁。

Mandrel Pull (拔不鏽綱)：拔出不 空間。

DI Wate

管功能甚巨。

Evacuation (真

論上如熱導管內真空不被破壞，則其功能將維持永久不退化。

Process (Pinch off) (升溫裁切)：再一次去除管內氣體，其方式是

100^oC，讓管內的水沸騰，逼使管內廢氣昇到管上端後，裁除該段銅管並封 閉。熱導管經此製程後，功能與特性幾已固定。所以在此製程做初步測試，

「蒸發部」端與「凝結部」端之間的溫差需少於4^oC。

Welding (焊尾) / Forming (縮尾)：熱導管尾端成形如U字型

11. Thermal Stress (熱加壓)；以高溫烘烤方式，檢測熱導管焊接的結構強度。

12. Warm up Test (直管測試)：直管的功能測試。

13. Bend and Flatness (折彎打扁)：將熱導管置於成

狀。部份用於筆記型電腦的導管，更需要壓成扁平狀，以節省空間。

Helium Test (氦氣測試)：將氦氣(或空氣)加壓打入密閉加壓艙體，使艙

持在高壓狀態。當待測物則置於艙體內，可用以測試熱導管是否有微細小孔，

產生氣漏。

Water Test (水

16. DEF Cleaning (清洗)/Visual & Gauging Inspection (對模 &外觀檢查)/Packagin (包裝)：清洗熱導管、表面拋光、表面抗氧化處理、外觀檢驗、尺寸核對、包 裝與入庫。

2.

限制理論的起源可追朔到

生產技術 (OPT, Optimized Production Technology) [13] ，是當時最優生產技 術之一。導入的公司從中獲得具體的績效改善成果，其中不乏是知名的國際企 業。接著，Dr. Goldratt 嘗試著改變傳統的行銷方式，以小說的手法撰寫出一本關 於限制理論的書｢目標 (The Goal)」[14] ，描述一位廠長應用限制理論在短時間 內將工廠轉虧為盈的故事。因為該書所描述的是許多工廠普遍存在的問題，因此

該書出版之後，受到讀者廣泛的迴響，並被譯成13國語言，成為全球的暢銷書。

Dr. Goldratt

新、科學的態度來看待企業裡的現象，找尋出隱藏在這些現象背後的因果邏 輯、法則和情境。限制理論即是遵循這觀念，運用簡單甚至是接近常識的直覺方 法來解決組織裡的問題。其基本管理主要涵蓋下列幾個常見原則[15, 19]：

1. 局部最佳化的效益總合不等於整體最佳化效益 (The Sum of Optimal equal the global optimal) ：

因變動、相互依存、政策和

的。傳統上儘可能追求平衡的系統會因為統計波動(Fluctuations) 等因素而導 致無法達成平衡。 system are caused by a few Core Problems) ： 絕大部分系統出現的不良效應大都只是不受

問題。它們是潛伏於系統下之病因所造成的效應。確認並根除核心問題不僅

可減少不良效應的衝擊，更重要的是可防範不良效應的再度發生。

步驟 1：確認系統的限制 (Identify the system’s constraint)

it the system’s constraint)

步驟 4： levate the system’s constraint)

(If in the previous steps a

而這個思考的程序可以讓人們有能力以邏輯和系統的方式回答任何想做持續

步驟 3：所有的全力配合步驟二所作的決策(Subordinate everything else to the above decision)

打破系統限制(E

限 制 驅 導 式 現 場 排 程 其 生 產 系 統 的 規 劃 與 控 制 主 要 是 由 限 制 驅 導 節 奏

um) 、緩衝 (Buffer)與投料節奏 (Rope) 三個部分所組成。Dr. Goldratt 以 行進中的軍隊來簡單的闡述這個概念，Drum 代表鼓聲，就如同軍隊中的鼓手 或非瓶頸 Non-Bottleneck)。

而所謂產能不足的程度是

2. 限制驅導節奏

當確認系統的限制後，由於系統績效決定於系統限制，因此系統能否能達 到最大有效產出的關鍵在於系統限制能否充份發揮。所以必須以系統限制已被 充分利用的前提下，來決定生產節奏。由於瓶頸排程是以系統限制的需求來規 劃，用以驅動整個系統之運作，所以稱之為限制驅導式排程。系統限制的排程 設計有一定程度的複雜度，是限制驅導式排程法最主要且難度最高的技術問 題。至於如何設計受限產能站的生產節奏，則必須依工廠環境與需求的不同而 設計。

3. 緩衝

為確保限制驅導節奏的可行，必須要給予適當的時間緩衝保護。保護的目 的在於確保訂單能及時到達受限資源站進而確保出貨的時間不會延誤，以及要 確保受限產能不會因斷料而沒工作。若訂單不能及時到達受限產能製程站，則 會破壞驅導節奏的次序，因而造成訂單交期的延誤。因此緩衝對驅導節奏是非 常重要的，限制驅導式排程法是以時間緩衝的觀念來達到保護的目的。

時間緩衝的內容包含設置與加工時間以及保護系統可能發生的不穩定狀況 與負荷高峰的寬放等。緩衝區的時間為下列兩項因素的函數[10,11,12,17, 20]：

(a) 現場內如機器加工時間、機器設置時間、機器當機時間、生產不良品、員 缺勤等隨機變異的程度。

(b) 非瓶頸資源產能負荷之程度。

限制驅導式現場排程法共提出了瓶頸緩衝、裝配緩衝及出貨緩衝等三種緩衝 的保護觀念[4](如圖5)。瓶頸緩衝區所涵蓋的時間幅度，是自投料作業站到限制 資源站前，投料作業站作業時間與所有非限制資源站的加工時間之加總。而出 貨緩衝區的時間幅度則是從限制資源站之後到最後一站出貨作業，其間所有非 限制資源站作業時間與出貨作業站作業時間之加總。至於裝配緩衝所涵蓋的範 圍則為與瓶頸站裝配之前的加工作業時間之加總。

此外若瓶頸資源有製程回流的情形，則必須設計製程緩衝(Process Buffer)來 確保回流製程間不受非瓶頸製程生產波動的影響。

4. 投料節奏

為了確保限制驅導節奏的可行，除了緩衝時間的保護措施外，系統還必須

要有一些配合的措施。首先最重要的就是投料時機必須配合限制驅導節奏的需 要，因此必須由限制驅導節奏來推導出投料節奏，其方法是由該訂單於限制驅 導節奏上的計畫開始時間減去受限瓶頸緩衝時間，即可得到該訂單的投料時 間。同理，若將該訂單於裝配計畫上的計畫開始時間減去裝配緩衝時間，即可 得到要和瓶頸製程工件裝配之裝配件的投料時間。限制驅導式現場排程法的基 本架構[4](如圖 5) 所示

要和 M 裝配之前加工作業

M之前加工作業 M 加工作業 M 之後加工作業 裝配緩衝( Buffer )

投料

限制資源產能 (Drum) 瓶頸緩衝

(Buffer)

岀貨緩衝 (Buffer) 投料

圖 5 限制驅導式現場排程法基本架構圖 資料來源：[4]

投料節奏(Rope)

投料節奏(Rope)

5. 緩衝管理

瓶頸資源排程規劃目的，在於使瓶頸資源能做最佳的安排，而緩衝管理則 是維持瓶頸資源排程被有效執行的現場管理方法。Goldratt等提出緩衝管理的 現場管理方法[16,20]，依在製品需求的緊急程度，將緩衝時幅分為數個區域，

給於不同優先程度的管理，以最簡單的程序發揮現場管理的效果。時間緩衝區 分為趕工區 (expediting zone)、警示區 (mentioned zone)與忽略區 (ignored zone) 三個區域，並透過監控在這三個區域所出現的空洞 (Hole)位置而達到訂單交期 的掌握[11,17,20]，而所謂的空洞代表依限制驅導節奏所計劃應出現在緩衝區內 的製造工單，但實際上並未出現。將緩衝時間分配到三個緩衝區域，其定義如 下：

(a) 趕工區：若空洞出現在本區域表示製造工單即將要加工，若再不採取行 動，可能會有延誤瓶頸排程，進而打亂整個系統生產節奏的疑慮，因此管 理者必須對該製造工單採取行動，例如跟催或趕工等。

(b) 警示區：若空洞出現在本區域表示製造工單尚有一些時間緩衝，管理者 還不必急著採取行動，只要對這些空洞繼續追蹤其進展即可。

(b) 警示區：若空洞出現在本區域表示製造工單尚有一些時間緩衝，管理者 還不必急著採取行動，只要對這些空洞繼續追蹤其進展即可。