專利名稱：發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種散熱器，尤其是一種通過(guò)調(diào)整散熱鰭片、吸液芯及整體熱管排布方式而制成的具有三維冷凝散熱網(wǎng)絡(luò)可用于電子元件散熱的集成熱管式散熱器。
背景技術(shù)：
隨著電子、電力技術(shù)的快速發(fā)展，特別是隨著集成電路的集成度大幅度提高，電子元器件的散熱問(wèn)題已成為制約電子設(shè)備的運(yùn)行速度及輸出功率的重要問(wèn)題之一。
以計(jì)算機(jī)CPU芯片為例，三十年內(nèi)其集成度提高了近兩萬(wàn)倍，其產(chǎn)生的熱流量已經(jīng)達(dá)到了100W/cm2的程度。
眾所周知，計(jì)算機(jī)工作的可靠性及壽命與其工作溫度有著密切的關(guān)系，而芯片的集成度越高，其產(chǎn)生的熱量就越高，如果不能及時(shí)將這些熱量散去，計(jì)算機(jī)工作的可靠性就會(huì)大幅度降低，甚至出現(xiàn)無(wú)法正常運(yùn)行。對(duì)于計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)研究機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，如果不能有效的解決芯片以及其他電子元器件在工作中產(chǎn)生的熱量，就無(wú)法研制出速度更快、功率更高、體積更小的數(shù)據(jù)處理設(shè)備。
目前，計(jì)算機(jī)以及電子元件的散熱方式通常是將鋁合金材料制造的梳狀散熱板安裝在芯片或其它電子元件的本體上，制造一個(gè)較大的散熱面積，同時(shí)，配以風(fēng)扇將熱量散開(kāi)，從而降低溫度。這種方式雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，但只能適用于運(yùn)算速度不高，功率不大的電子設(shè)備中的元器件散熱。
1998年，美國(guó)桑迪亞國(guó)立實(shí)驗(yàn)室利用熱管技術(shù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)芯片的散熱，取得了較好的效果。
圖1所示為目前使用的一種采用熱管的散熱裝置，它包括一個(gè)框體1?？蝮w1的底板上緊密安裝有多個(gè)用薄金屬片制成的，且密集分布的散熱鰭片2?？蝮w1內(nèi)底板上臥設(shè)有熱管3(熱管的數(shù)量可以是二支或三支)。熱管3穿出散熱鰭片2的下部，向上伸出彎轉(zhuǎn)180度穿入散熱鰭片2的上部。所有的散熱鰭片2都與熱管3緊密貼設(shè)連接。在熱管3中放置有遇熱汽化，預(yù)冷凝結(jié)的液體工質(zhì)。當(dāng)框體1被安裝在芯片上時(shí)，芯片產(chǎn)生的熱量使臥設(shè)在框體1內(nèi)底板上的熱管3內(nèi)的液體工質(zhì)汽化，熱量隨著汽化的液體工質(zhì)進(jìn)入位于散熱鰭片2上部的熱管3中，并遇冷凝結(jié)，而熱量則通過(guò)散熱鰭片2向外界散出。當(dāng)散熱鰭片2頂部再安裝強(qiáng)制風(fēng)冷風(fēng)扇4后，熱量更容易散出。
由于熱管具有極高的傳熱效率，所以，芯片產(chǎn)生的熱量能夠較快的被傳遞到遠(yuǎn)處的散熱鰭片上，達(dá)到散熱目的。這種方式比起以往的梳狀散熱板方式具有更高的散熱效率。由于梳狀散熱板上散熱片的溫度往往是距離芯片較遠(yuǎn)的位置，溫度較低，而靠近芯片的底部位置溫度較高，這種溫度梯度現(xiàn)象浪費(fèi)了大量的散熱面積，因此，不會(huì)具有較高的散熱效率，而利用熱管則能夠克服梳狀散熱板所存在的散熱效果不良的缺點(diǎn)。
圖1所示的熱管散熱裝置雖然具有較好的散熱效果，但是，由于其自身在結(jié)構(gòu)上存在的不足(熱源與底板之間、熱管與底板之間、熱管與鰭片之間都存在較高的熱阻)以及考慮到散熱器強(qiáng)度的問(wèn)題，不能把鰭片做得很薄，而較厚的鰭片不僅浪費(fèi)材料、占據(jù)有限空間，而且不能獲得更多的散熱面積，所以，這種方式仍然不能滿足超大集成電路、大功率電子器件以及高速芯片對(duì)散熱所提出的要求，使它的應(yīng)用及發(fā)展受到了一定的限制。
由此，如何利用熱管傳熱原理，為滿足電子元器件對(duì)散熱所提出的更高要求，而設(shè)計(jì)并能夠大規(guī)模制造出具有更高散熱效率的散熱器，現(xiàn)已成為業(yè)內(nèi)人士亟待解決的問(wèn)題之一。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)目前傳統(tǒng)的散熱器不能完全滿足電子元器件的散熱要求以及無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今電子技術(shù)的快速發(fā)展而提供一種發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，該散熱器利用液體工質(zhì)快速傳導(dǎo)熱量的熱管原理以及通過(guò)在三維空間設(shè)置冷凝網(wǎng)絡(luò)，使熱源所產(chǎn)生的熱量能夠與散熱面積之間達(dá)到優(yōu)化的匹配組合，為解決電子元件的散熱問(wèn)題提供了一條新的解決途徑。
本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，它包括一管狀的殼體，它還包括管狀的薄壁流體通道，該薄壁流體通道設(shè)置在所述殼體內(nèi)，其邊緣通過(guò)端面板與所述殼體的邊緣密閉封接，使所述殼體的內(nèi)壁與所述薄壁流體通道的外側(cè)之間形成封閉空間，該封閉空間為真空，其內(nèi)部灌裝有遇熱汽化，遇冷凝結(jié)的液體工質(zhì)。
薄壁流體通道內(nèi)固設(shè)有一層以上便于冷卻流體通過(guò)時(shí)將熱量帶出的散熱鰭片。封閉空間內(nèi)位于所述殼體的內(nèi)側(cè)表面敷設(shè)有吸液芯，該吸液芯內(nèi)具有產(chǎn)生毛細(xì)力能夠吸附液體并使其延展的空隙。
端面板上設(shè)有用于抽真空并灌裝所述液體工質(zhì)的灌注口，該灌注口在所述封閉空間抽真空并灌裝所述液體工質(zhì)后封閉。
殼體可以采用導(dǎo)熱性能良好的金屬材料或有機(jī)材料制成。在使用中對(duì)發(fā)熱電子元件進(jìn)行散熱降溫時(shí)，將所述殼體的表面貼設(shè)在發(fā)熱電子元件的散熱表面上，使發(fā)熱電子元件的散熱表面作為熱源，此時(shí)，熱量通過(guò)殼體傳送到所述液體工質(zhì)，液體工質(zhì)遇熱后一部分汽化，其他部分向熱源聚攏，繼續(xù)汽化。汽化的液體工質(zhì)并將熱量迅速帶到封閉空間內(nèi)的任意位置，當(dāng)遇到溫度較低的薄壁流體通道的外側(cè)表面時(shí)，將熱量傳到所述散熱鰭片上，其自身則重新凝結(jié)為液態(tài)，并回流或通過(guò)吸液芯返回初始位置。當(dāng)發(fā)熱電子元件的散熱表面沒(méi)有貼設(shè)在存積液體工質(zhì)的位置時(shí)，依靠吸液芯的毛細(xì)力也能夠使液體工質(zhì)向其所在位置聚攏。
散熱鰭片使發(fā)熱電子元件的散熱面積增大，在有冷風(fēng)吹過(guò)薄壁流體通道時(shí)，散熱鰭片的散熱效果將更好。
上述殼體可以制成矩形或圓形或六角形管體或根據(jù)需要制成任何形狀的管體。
吸液芯可以采用多層纖維編織網(wǎng)組成，也可以采用多層金屬絲網(wǎng)疊設(shè)組成，還可以采用粉末燒結(jié)工藝制成的具有微孔的板狀體。吸液芯可以通過(guò)粘接或焊接敷設(shè)在所述殼體的內(nèi)側(cè)表面上。
吸液芯的另一個(gè)方式是由金屬或有機(jī)材料薄片通過(guò)往復(fù)連續(xù)彎折或彎曲所制成的帶狀體。在薄片表面開(kāi)設(shè)有孔，并通過(guò)焊接或粘接環(huán)周貼設(shè)在所述殼體的內(nèi)壁上。這種方式制成的吸液芯不僅具有上述吸液芯吸引液體工質(zhì)的特點(diǎn)，而且其自身可以自解參與傳熱、導(dǎo)熱，尤其采用薄金屬片制作時(shí)，薄金屬片本身就具有良好的熱傳導(dǎo)性，它可以將位置距離熱源較遠(yuǎn)處的液體工質(zhì)直接汽化，從而提高了熱傳導(dǎo)效率，進(jìn)而大大提高了整個(gè)發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的散熱效率。
在上述技術(shù)方案中，薄壁流體通道可以根據(jù)具體散熱要求制成一個(gè)或一個(gè)以上。所述端面板通過(guò)其邊緣與多個(gè)薄壁流體的邊緣以及殼體的邊緣密閉封接，使薄壁流體通道與所述殼體內(nèi)壁之間以及多個(gè)薄壁流體通道外側(cè)之間形成相互貫通的封閉空間。
當(dāng)殼體的體積及散熱鰭片的層數(shù)固定后，設(shè)置多個(gè)薄壁流體通道，會(huì)降低散熱鰭片的總散熱面積，但是卻能增加封閉空間的容積，利于液體工質(zhì)汽化傳熱。薄壁流體通道數(shù)量的確定，取決于熱源發(fā)出的熱量與散熱量之間的匹配要求，因此，通過(guò)調(diào)整薄壁流體通道的數(shù)量就可以達(dá)到散熱的最優(yōu)化匹配設(shè)計(jì)。另外，通過(guò)調(diào)整薄壁流體通道的截面形狀，如將其制成矩形或圓形或六角形或其他形狀，可以有效的利用有限的空間，使薄壁流體通道內(nèi)供冷卻流體通過(guò)的空間的容積數(shù)值大于或等于封閉空間的容積數(shù)值的2倍。
薄壁流體通道可以采用導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制造。
為使散熱鰭片牢固，可以在薄壁流體通道內(nèi)設(shè)置由金屬材料制成的支撐桿或支撐板。支撐桿或支撐板穿過(guò)所述散熱鰭片并固接在所述薄壁流體通道的內(nèi)壁上，并使散熱鰭片與所述支撐桿或支撐板緊密連接。
還可以在薄壁流體通道內(nèi)設(shè)置由金屬材料制成的薄壁熱管，該薄壁熱管穿過(guò)所述散熱鰭片，并與所述散熱鰭片緊密連接，其兩端固接在所述薄壁流體通道的內(nèi)壁上，并與所述封閉空間貫通。這樣不僅可以起到固定散熱鰭片的作用，還能夠利用該薄壁熱管向散熱鰭片傳遞熱量，相當(dāng)于加大了封閉空間的容積，以及向散熱鰭片傳遞熱量的面積，因此，具有良好的散熱效果。
上述方案中，端面板是封閉所述封閉空間的重要部件，為使其封閉牢靠并且便于生產(chǎn)，可以將所述的端面板的表面周邊凸設(shè)便于焊接或粘接在所述殼體內(nèi)壁及所述薄壁流體通道外側(cè)表面的凸緣，該凸緣可以向封閉空間內(nèi)設(shè)置，也可以向封閉空間外設(shè)置。通過(guò)凸緣的設(shè)置可以提高整個(gè)發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的強(qiáng)度，并適合大量生產(chǎn)。
所述的散熱鰭片為金屬片制成，可以是波浪形，也可以是由金屬片依照“Z”字形連續(xù)彎折所構(gòu)成的散熱鰭片組。在散熱鰭片的表面還可以開(kāi)設(shè)供冷卻流體穿過(guò)的過(guò)孔，或者在其表面豎設(shè)有可造成冷卻流體紊流的立刺，使散熱效果更佳。
為進(jìn)一步提高散熱效率，可以在發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的薄壁流體通道的外部設(shè)置強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇，為此，可以在所述的殼體邊緣上匹配設(shè)置將所述冷卻風(fēng)扇吹出的冷卻流體導(dǎo)入薄壁流體通道內(nèi)的引流罩，該引流罩的外形與所述殼體或薄壁流體通道的形狀相同。
本實(shí)用新型所提供的技術(shù)方案還可以為多個(gè)發(fā)熱電子元件同時(shí)提供散熱，并且為提高發(fā)熱電子元件向殼體內(nèi)的封閉空間傳遞熱量的效率，在所述的殼體上可以固設(shè)有一個(gè)或多個(gè)能夠與外部發(fā)熱電子元件的散熱面緊密貼合的導(dǎo)熱板，該導(dǎo)熱板嵌入所述殼體表面，或者是開(kāi)設(shè)于所述殼體表面的專用凹陷的底面；所述專用凹陷用于嵌入外部發(fā)熱電子元件的散熱面。導(dǎo)熱板是由具有良好導(dǎo)熱性能的金屬板或有機(jī)軟板制成的矩形或圓形或根據(jù)發(fā)熱電子元件的散熱表面的形狀制成與之相配的任何形狀。
為滿足超大規(guī)模集成電路技術(shù)的快速發(fā)展所帶來(lái)的更高的芯片散熱要求，本實(shí)用新型還提供了可直接對(duì)集成電路本身進(jìn)行熱管散熱的技術(shù)方案，該方案還同時(shí)提供對(duì)大功率晶體管、高頻晶體管進(jìn)行直接散熱的良好途徑，其具體方案為在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，在所述的殼體上開(kāi)設(shè)一個(gè)或多個(gè)開(kāi)孔，在該開(kāi)孔中嵌入與其尺寸相匹配的器件基板，該器件基板的周邊與所述殼體嚴(yán)密封接。器件基板位于所述封閉空間內(nèi)的表面上設(shè)有集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯。集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯的引腳線設(shè)置在所述器件基板位于殼體外側(cè)的表面上。
吸液芯敷設(shè)在所述集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯上。液體工質(zhì)為電絕緣材料，并與所述集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯材料化學(xué)相容、電相容。
在這一方案中，器件基板可以是集成電路的芯片底板，其表面的超大規(guī)模集成電路被直接設(shè)置在封閉空間內(nèi)，并與液體工質(zhì)直接接觸，使熱量的傳遞更加快捷，沒(méi)有熱阻，從而最大限度的提高了對(duì)芯片進(jìn)行散熱的能力，保證了其工作的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)了芯片的使用壽命。同理，大功率晶體管的底板也可以做成所述的器件基板，其表面固結(jié)的P-N結(jié)也直接與液體工質(zhì)接觸，從而消除了傳統(tǒng)晶體管的散熱只能通過(guò)熱傳導(dǎo)效率不高的結(jié)片底座絕緣材料導(dǎo)出的現(xiàn)象，使晶體管的散熱效率得到大幅提高，從而提高并延長(zhǎng)了晶體管，特別是大功率晶體管、高頻晶體管的可靠性及使用壽命。
由以上各項(xiàng)技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型利用熱管傳熱原理，通過(guò)在管狀殼體內(nèi)設(shè)置薄壁流體通道而組成可供液體工質(zhì)汽化傳熱的封閉空間，并利用設(shè)置在薄壁流體通道內(nèi)的散熱鰭片，構(gòu)成一個(gè)具有三維空間的散熱網(wǎng)絡(luò)，使散熱鰭片實(shí)現(xiàn)了超薄化、高密度化，獲得了遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)熱管散熱裝置所具有的散熱面積，電子元件的發(fā)熱量與散熱器的散熱效率之間獲得了良好的優(yōu)化匹配，可以在不增加散熱器體積的情況下，提高散熱器的散熱效率，而且，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱速度快、熱傳導(dǎo)均勻、使用方便、工作可靠性高，可以根據(jù)電子器件的具體情況制成多種樣式，以滿足不同設(shè)備的需要。
另外，本實(shí)用新型還為現(xiàn)在乃至今后的超大規(guī)模集成電路及各種發(fā)熱電子器件的散熱問(wèn)題提供了直接散熱的有效解決方案。


圖1為目前使用的一種采用熱管的散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型所提供發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2所示發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的端面板結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實(shí)用新型所采用吸液芯的一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實(shí)用新型所采用吸液芯的另一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實(shí)用新型所采用的薄片吸液芯的一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本實(shí)用新型所采用的薄片吸液芯的另一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實(shí)用新型所采用的薄片吸液芯的又一個(gè)具體實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本實(shí)用新型所提供發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本實(shí)用新型所提供發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖10所示實(shí)施例的結(jié)構(gòu)側(cè)示圖；圖12為本實(shí)用新型所涉及端面板的另一個(gè)連接方式示意圖；圖13為本實(shí)用新型所涉及散熱鰭片的一個(gè)具體實(shí)施方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖14為本實(shí)用新型所涉及散熱鰭片的另一個(gè)具體實(shí)施方案結(jié)構(gòu)示意圖；圖15為本實(shí)用新型所提供的一個(gè)降低熱阻的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖16為本實(shí)用新型所提供的一個(gè)消除熱阻直接散熱的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下，通過(guò)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
圖2所示為本實(shí)用新型所提供發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的原理結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)熱電子元件的熱管散熱器包括一管狀的殼體5(圖中所示為矩形，也可以是其它形狀)。在殼體5內(nèi)設(shè)有一個(gè)薄壁流體通道6，該薄壁流體通道6的形狀也為矩形。薄壁流體通道6與殼體5之間通過(guò)前后兩塊平行的端面板7沿邊緣處密閉封接，使殼體5的內(nèi)壁與薄壁流體通道6的外側(cè)之間形成封閉空間51，該封閉空間51為真空，其內(nèi)部灌裝有遇熱汽化，遇冷凝結(jié)的液體工質(zhì)52。
在薄壁流體通道6采用導(dǎo)熱性能良好的金屬薄板制成，在其內(nèi)部固設(shè)有多層散熱鰭片61。多層散熱鰭片61密集平行排列，它們的側(cè)邊與薄壁流體通道6的內(nèi)壁連接。當(dāng)冷卻流體穿過(guò)薄壁流體通道6時(shí)，通過(guò)散熱鰭片61將熱量帶出。
在封閉空間51內(nèi)位于殼體5的內(nèi)側(cè)表面環(huán)周敷設(shè)有吸液芯8，該吸液芯8內(nèi)具有能夠產(chǎn)生毛細(xì)力使液體吸附在其表面并通過(guò)其表面延伸的空隙。吸液芯8可以通過(guò)焊接或粘接固定在殼體5的內(nèi)側(cè)表面，并部分浸泡在液體工質(zhì)52中。
在端面板7上設(shè)有用于抽真空并灌裝所述液體工質(zhì)52的灌注口71，該灌注口71在封閉空間51抽真空并灌裝所述液體工質(zhì)52后封閉。
本發(fā)熱電子元件的熱管散熱器在使用時(shí)，將其安裝在發(fā)熱電子器件的表面(如CPU芯片)，發(fā)熱電子器件所產(chǎn)生的熱量通過(guò)殼體5的底部傳到液體工質(zhì)52中，液體工質(zhì)52隨即發(fā)生汽化，而未遇熱部分則向被汽化部分流動(dòng)補(bǔ)充。汽化的液體工質(zhì)52沿封閉空間51的內(nèi)部向上移動(dòng)，并與薄壁流體通道6的外側(cè)進(jìn)行熱交換，熱量被傳遞到多層散熱鰭片61上。放出熱量的汽化液體工質(zhì)52的溫度降低，重新凝結(jié)為液態(tài)，并落回初始位置，向被汽化部分接續(xù)流動(dòng)補(bǔ)充，如此，在封閉空間51內(nèi)部形成了液體工質(zhì)52的相變循環(huán)運(yùn)動(dòng)，在這一相變循環(huán)運(yùn)動(dòng)中，發(fā)熱電子器件的熱量被迅速排出。
在薄壁流體通道6的內(nèi)部，密集排布的多層散熱鰭片61獲得了遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)熱電子器件表面散熱面積，從而能夠保證熱量的及時(shí)散出。
當(dāng)電子設(shè)備在移動(dòng)(如運(yùn)輸途中)或者在側(cè)置、倒置狀態(tài)下工作時(shí)，液體工質(zhì)52的初始位置偏離了發(fā)熱電子器件所處的位置，此時(shí)，吸液芯8利用其內(nèi)部的空隙而產(chǎn)生的毛細(xì)力吸附液體工質(zhì)52，使液體工質(zhì)52向發(fā)熱電子器件所在位置延展，為其提供汽化散熱，從而確保了液體工質(zhì)52的相變循環(huán)運(yùn)動(dòng)不會(huì)間斷。
本實(shí)用新型所采用的端面板7的形狀是薄壁流體通道6外側(cè)與殼體5內(nèi)側(cè)之間所形成的形狀，上述例子中，端面板7的形狀為四方框形。為了安裝方便、牢固、密封性好，可以將該端面板7的截面制成如圖3所示的凹形。圖3中，端面板7的表面周邊向所述封閉空間內(nèi)環(huán)周凸設(shè)有凸緣72，通過(guò)該凸緣72能夠方便的將端面板7焊接或粘接在殼體的內(nèi)壁、薄壁流體通道的外側(cè)表面上，不僅操作方便，而且密封性好。凸緣72的凸設(shè)方向也可以向封閉空間外，但是會(huì)減少封閉空間的容積。
本實(shí)用新型所采用的吸液芯8可以制成多種形式。圖4所示是采用多層金屬絲網(wǎng)81焊接疊設(shè)組成的。多層金屬絲網(wǎng)81之間以及本身具有豐富的空隙，能夠產(chǎn)生較好的液體吸附效果。
圖5所示是采用粉末燒結(jié)工藝制造的多孔吸液芯的局部示意圖，該吸液芯依靠其內(nèi)部及表面的微孔82產(chǎn)生毛細(xì)力，對(duì)液體進(jìn)行吸附。
圖6所示是一種采用具有良好導(dǎo)熱性能的金屬薄片依照“U”字形通過(guò)往復(fù)連續(xù)彎折制成的帶狀體吸液芯。使該帶狀體吸液芯內(nèi)形成了多個(gè)“U”形槽。在該帶狀體吸液芯的金屬薄片表面開(kāi)設(shè)有孔83?？?3可以是長(zhǎng)孔或圓孔或凸設(shè)或凹設(shè)的縫隙口。這種帶狀體吸液芯可以焊接在殼體的內(nèi)壁上。與上述其他吸液芯相比較，它不僅具有良好的毛細(xì)吸附力，同時(shí)，由于其自身就是熱的良好導(dǎo)體，因此，在使用時(shí)，它可以直接參與到熱，并且能夠快速將熱量向遠(yuǎn)處的液體工質(zhì)傳遞，并通過(guò)其表面的孔83進(jìn)行較大面積的汽化散熱，因此，它比上述多層金屬絲網(wǎng)吸液芯、粉末燒結(jié)工藝制造的多孔吸液芯具有更好的散熱效果。
金屬薄片制成的帶狀體吸液芯也可以制成如圖7所示的將金屬薄片依照“V”字形通過(guò)往復(fù)連續(xù)彎折制成的帶狀體吸液芯；也可以制成如圖8所示的將金屬薄片依照“Ω”形通過(guò)往復(fù)連續(xù)彎折制成的帶狀體吸液芯。在圖7、圖8中，帶狀體吸液芯的表面都開(kāi)設(shè)有孔83，用于液體工質(zhì)通過(guò)其表面汽化。
通過(guò)孔83及圖6、圖7、圖8中分別自然形成的多個(gè)“U”形槽、多個(gè)“V”形槽以及多個(gè)“Ω”形槽可以方便的使液體工質(zhì)在其內(nèi)部延展。
為便于液體工質(zhì)的汽化、延展，可以將“U”形槽、“V”形槽以及“Ω”形槽的端口封閉。
圖9所示為本實(shí)用新型所提供的具有兩個(gè)薄壁流體通道的具體實(shí)施例。圖中，兩個(gè)薄壁流體通道6都依照殼體5的形狀制成矩形。端面板(圖中為示出)的形狀與兩個(gè)與薄壁流體通道6與殼體5之間構(gòu)成的形狀相同，其封閉連接方式與上述原理結(jié)構(gòu)相同，故不贅述。
在本實(shí)施例中，薄壁流體通道6內(nèi)還設(shè)有多個(gè)由金屬材料制成的薄壁熱管62，該薄壁熱管62垂直穿過(guò)所述散熱鰭片61，并與散熱鰭片61緊密連接。薄壁熱管62的兩端固接在薄壁流體通道6的內(nèi)壁上，并與封閉空間51貫通。
薄壁熱管62的設(shè)立一方面為密集排布的散熱鰭片61提供了支撐，增加了與散熱鰭片61的熱交換面積，另一方面增加了封閉空間51的容積，更加有利于汽化的液體工質(zhì)對(duì)外界的傳熱，加快了液體工質(zhì)由氣態(tài)到液態(tài)的相變速度，從而提高了整個(gè)發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的散熱效率。
圖10所示為本實(shí)用新型所提供的另一個(gè)圓形殼體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例中，殼體5為圓形，其底部為平面(用于緊貼安裝在集成電路芯片的表面)，該殼體5內(nèi)設(shè)有10個(gè)類似桔子瓣形的薄壁流體通道6。在薄壁流體通道6內(nèi)的散熱鰭片61為圓弧形密集排布。本實(shí)施例具有良好的散熱效果，其圓形的殼體可以方便的配裝強(qiáng)制冷風(fēng)扇，使散熱速度更快。為使強(qiáng)制冷風(fēng)扇吹出的冷氣流具有更高的散熱率，在殼體5邊緣上還匹配設(shè)有能夠?qū)⒗鋮s流體導(dǎo)入薄壁流體通道6內(nèi)的引流罩53，該引流罩53的外形與殼體5的形狀相同(如圖11所示)。引流罩53的內(nèi)側(cè)為外大內(nèi)小的錐形，當(dāng)強(qiáng)制冷風(fēng)扇安裝在引流罩53的外端，并向薄壁流體通道6內(nèi)吹風(fēng)時(shí)，引流罩53的錐形斜面能夠引導(dǎo)盡可能多的冷卻風(fēng)進(jìn)入薄壁流體通道6，使散熱效率提高。
在本實(shí)施例中，為了提高整個(gè)散熱器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在封閉空間51內(nèi)還設(shè)有三層加強(qiáng)板54，該加強(qiáng)板54的形狀與封閉空間51在殼體5的軸線方向上的正投影相同，即，與端面板7的外形相同，并與端面板7平行設(shè)置。在加強(qiáng)板54上還開(kāi)設(shè)有供液體工質(zhì)流過(guò)的開(kāi)孔或缺口，從而保證不影響液體工質(zhì)的相變循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
在上述發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的具體實(shí)施例中，端面板與殼體的邊緣以及薄壁流體通道的邊緣的連接方式還可以采用如圖12所示的方式(圖中只示出了端面板與殼體的連接結(jié)構(gòu)示意圖)。圖中，端面板7的邊緣與殼體5的邊緣可以通過(guò)彎折咬口進(jìn)行連接，并且可以在連接處進(jìn)行焊接或粘接固定。端面板7與薄壁流體通道的邊緣也可以采用這種方式連接。這種連接方式對(duì)于有些發(fā)熱電子元件的熱管散熱器來(lái)說(shuō)適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)，而且，還可以獲得較大的封閉空間，而較大的封閉空間可以有助于液體工質(zhì)的汽化散熱。
本實(shí)用新型之所以具有較高的散熱效率，還在于將散熱鰭片的設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并提出了采用金屬薄板制造的具體技術(shù)方案，如圖13所示。
圖13所示為散熱鰭片的一個(gè)具體設(shè)置方案，圖中，散熱鰭片61采用薄型金屬片制造，該金屬片依照“Z”字形連續(xù)彎折，將散熱鰭片61制成一個(gè)散熱鰭片組并安裝在薄壁流體通道6內(nèi)。在散熱鰭片61的中間還設(shè)有一個(gè)支撐板63。該支撐板63采用金屬材料制成，并垂直穿過(guò)散熱鰭片61，通過(guò)其上下兩個(gè)邊焊接固定在薄壁流體通道6的內(nèi)壁上，同時(shí)，散熱鰭片61與支撐板63通過(guò)焊接而緊密連接。散熱鰭片61的彎折端還分別通過(guò)焊接與薄壁流體通道6的內(nèi)壁連接。這樣，可以選擇厚度盡可能小的金屬片制造散熱鰭片61而不影響其結(jié)構(gòu)的牢固性。支撐板63實(shí)際上起到了肋的作用。另外，由于采用金屬材料制造支撐板63，并將其與散熱鰭片61緊密連接，使傳熱效率得到提高，而薄型散熱鰭片61也進(jìn)一步增加了有效散熱面積。
圖14為散熱鰭片的另一個(gè)具體設(shè)置方案，在該方案中，散熱鰭片61是由金屬片制成波浪形，并平行設(shè)置為一組固定在薄壁流體通道6的內(nèi)壁上。在每一片散熱鰭片上還設(shè)有多個(gè)立刺611。當(dāng)冷卻流體通過(guò)薄壁流體通道6時(shí)，波浪形的散熱鰭片61可以使冷卻流體起伏流動(dòng)，延長(zhǎng)了與散熱鰭片61表面的接觸時(shí)間，增加了散熱能力，而立刺611可以造成冷卻流體的紊流現(xiàn)象，從而使冷卻流體能夠帶出更多的熱量。
另外，在散熱鰭片61的表面還可以開(kāi)設(shè)一些供冷卻流體穿過(guò)的過(guò)孔，這樣可以盡量增加散熱效率。
圖13、圖14所揭示的兩個(gè)方案不僅有效的增加了散熱面積，而且還提供了薄壁流體通道內(nèi)供冷卻流體通過(guò)的空間容積，該空間容積通常需要大于封閉空間容積的2倍，而當(dāng)制造體積較小的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器時(shí)，由于不能無(wú)限擴(kuò)大散熱面積，因此，采用這種方式可以使流體通過(guò)的空間容積盡量增加。
本實(shí)用新型的殼體可以采用金屬材料制造，也可以采用工程塑料進(jìn)行批量生產(chǎn)。當(dāng)采用工程塑料時(shí)，為降低接觸熱阻，可以在殼體上固定設(shè)置導(dǎo)熱板，該導(dǎo)熱板能夠與發(fā)熱電子元件的散熱面緊密貼合。
導(dǎo)熱板可以采用直接嵌入殼體中的方式，也可以采用在殼體表面開(kāi)設(shè)一個(gè)凹陷，將導(dǎo)熱板作為該凹陷的底面，此時(shí)，導(dǎo)熱板已經(jīng)伸入封閉空間內(nèi)，從而減少了過(guò)去那種接觸式傳熱的熱阻。圖15所示就是將導(dǎo)熱板伸入封閉空間內(nèi)的一個(gè)具體實(shí)施例。從圖中可以看出，在殼體5的底部，開(kāi)設(shè)有一個(gè)可以嵌入集成電路芯片(CPU芯片)的凹陷55，該凹陷55的底面就是所述的導(dǎo)熱板56。凹陷55處于封閉空間51內(nèi)，吸液芯8敷設(shè)在導(dǎo)熱板56的另一面上，而且，凹陷55整體處于液體工質(zhì)52中。這種設(shè)置方式，使芯片所產(chǎn)生的熱量非常容易通過(guò)液體工質(zhì)52排出，其散熱效率極高。
導(dǎo)熱板56可以采用導(dǎo)熱性能良好的金屬板制成，也可以采用導(dǎo)熱性能良好的有機(jī)軟板制成。有機(jī)軟板能夠在一定的安裝壓力下與芯片的表面嚴(yán)密貼合，使芯片熱量快速傳入液體工質(zhì)52中。
導(dǎo)熱板56以及凹陷55還可以根據(jù)發(fā)熱電子元件的具體形狀制成矩形、圓形或其他形狀，而且，在殼體5上可以用這種方式開(kāi)設(shè)多個(gè)凹陷55，從而制成對(duì)發(fā)熱電子元件進(jìn)行集成散熱的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器。
為徹底消除發(fā)熱電子元件在散熱中所存在的熱阻問(wèn)題，本實(shí)用新型還可以將發(fā)熱電子元件的發(fā)熱點(diǎn)直接浸泡在液體工質(zhì)中，其具體實(shí)施例如下參考圖16。在殼體5的底部設(shè)置開(kāi)孔57，該開(kāi)孔57中嵌入與其尺寸相匹配的器件基板9，該器件基板9的周邊與殼體5嚴(yán)密連接。在器件基板9位于封閉空間51內(nèi)的表面上設(shè)有集成電子線路91，該集成電子線路91的多個(gè)引出腳92通過(guò)器件基板9向外伸出，可以直接安裝在電路板上。集成電子線路91直接浸泡在液體工質(zhì)52中，吸液芯8敷設(shè)在集成電子線路91的表面。在本實(shí)施例中，吸液芯8可以采用電絕緣的非金屬材料制造，而液體工質(zhì)也是電絕緣材料，并與集成電子線路91化學(xué)相容、電相容。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例相同，在使用中集成電子線路91所產(chǎn)生的熱量被直接傳入液體工質(zhì)52中，使散熱效率達(dá)到組大化，從而消除了傳遞熱阻現(xiàn)象。在具體生產(chǎn)中，可以首先將集成電子線路91制作在器件基板9的表面，再將器件基板9密封固定在殼體5上預(yù)先設(shè)置的開(kāi)孔57中，最后對(duì)封閉空間51進(jìn)行抽真空、灌裝液體工質(zhì)52的操作。
采用上述方式，可以在殼體5的表面安裝多個(gè)器件基板9，從而制成具有多個(gè)芯片集成散熱的一體化發(fā)熱電子元件的熱管散熱器。
本實(shí)施例也可以用于制造自身具有發(fā)熱電子元件的熱管散熱器的大功率晶體管元件以及具有多個(gè)晶體管元件的集成散熱一體化發(fā)熱電子元件的熱管散熱器。在生產(chǎn)中，只需要將P-N結(jié)固結(jié)在器件基板9的表面，使P-N結(jié)產(chǎn)生的熱量直接通過(guò)液體工質(zhì)52散出，從而解決了過(guò)去只能通過(guò)熱傳導(dǎo)效率不高的結(jié)片底座的絕緣材料導(dǎo)出熱量，使散熱效果不好而導(dǎo)致晶體管損壞的現(xiàn)象。
最后所應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，它包括一管狀的殼體，其特征在于它還包括管狀的薄壁流體通道，該薄壁流體通道設(shè)置在所述殼體內(nèi)，其邊緣通過(guò)端面板與所述殼體的邊緣密閉封接；所述殼體的內(nèi)壁與所述薄壁流體通道的外側(cè)之間形成封閉空間，其內(nèi)部灌裝有液體工質(zhì)；所述薄壁流體通道內(nèi)固定設(shè)有散熱鰭片；所述封閉空間內(nèi)位于所述殼體的內(nèi)側(cè)表面敷設(shè)有具有空隙的吸液芯；所述端面板或殼體上設(shè)有用于抽真空并灌裝所述液體工質(zhì)的灌注口，該灌注口為封閉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的吸液芯是由多層纖維編織網(wǎng)或多層金屬絲網(wǎng)疊設(shè)組成，或者是采用粉末燒結(jié)制成的具有微孔的板狀體，或者是由金屬或有機(jī)材料薄片通過(guò)往復(fù)連續(xù)彎折或彎曲所制成的帶狀體，該薄片表面開(kāi)設(shè)有孔，并通過(guò)焊接或粘接貼設(shè)在所述殼體的內(nèi)壁上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的帶狀體由所述薄片依照“U”字形或“V”字形或“Ω”形往復(fù)彎折或彎曲制成，使該帶狀體內(nèi)形成多個(gè)“U”形槽或“Y”形槽或“Ω”形槽；所述的孔為長(zhǎng)孔或圓孔或凸設(shè)的縫隙口，并均勻分布設(shè)置在所述薄片的表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的薄壁流體通道為一個(gè)或一個(gè)以上；所述端面板與多個(gè)薄壁流體通道的邊緣以及所述殼體的邊緣密閉封接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的薄壁流體通道是采用導(dǎo)熱性能良好的金屬材料制造的矩形或圓形或六角形管體，該薄壁流體通道內(nèi)供冷卻流體通過(guò)的空間容積大于所述封閉空間容積的2倍。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的薄壁流體通道內(nèi)還設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上由金屬材料制成的支撐桿或支撐板；所述支撐桿或支撐板穿過(guò)所述散熱鰭片并固接在所述薄壁流體通道的內(nèi)壁上；所述散熱鰭片與所述支撐桿或支撐板緊密連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的薄壁流體通道內(nèi)還設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上的薄壁熱管，該薄壁熱管穿過(guò)所述散熱鰭片，并與所述散熱鰭片緊密連接，其兩端固接在所述薄壁流體通道的內(nèi)壁上，并與所述封閉空間貫通。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-7任一所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的端面板的表面周邊凸設(shè)有便于焊接或粘接在所述殼體內(nèi)壁及所述薄壁流體通道外側(cè)表面的凸緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-7任一所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的端面板的邊緣與所述殼體的邊緣和/或所述薄壁流體通道的邊緣通過(guò)彎折咬口連接，并使連接處通過(guò)焊接或粘接固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的散熱鰭片為金屬片制成的波浪形，或是由金屬片依照“Z”字形連續(xù)彎折所構(gòu)成的散熱鰭片組。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的散熱鰭片的表面開(kāi)設(shè)有一個(gè)以上的供所述冷卻流體穿過(guò)的過(guò)孔，或者在其表面豎設(shè)有用于造成紊流的立刺。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-7或10或11任一所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的殼體邊緣上還匹配設(shè)有將所述冷卻流體導(dǎo)入所述薄壁流體通道內(nèi)的引流罩，該引流罩的外形與所述殼體或所述薄壁流體通道的形狀相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-7或10或11任一所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的殼體上固設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上能夠與外部發(fā)熱電子元件的散熱面緊密貼合的導(dǎo)熱板；所述導(dǎo)熱板嵌入所述殼體表面，或者是開(kāi)設(shè)于所述殼體表面用于嵌入發(fā)熱電子元件散熱面的專用凹陷的底面。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的導(dǎo)熱板是由金屬板或有機(jī)軟板制成的矩形或圓形。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-7或10或11或14任一所述的發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，其特征在于所述的殼體上還開(kāi)設(shè)有一個(gè)或一個(gè)以上的開(kāi)孔，該開(kāi)孔中嵌入與其尺寸相匹配的器件基板，該器件基板的周邊與所述殼體嚴(yán)密封接；所述器件基板位于所述封閉空間內(nèi)的表面上設(shè)有集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯；所述集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯的引腳線設(shè)置在所述器件基板位于殼體外側(cè)的表面上；所述吸液芯為電絕緣并敷設(shè)在所述集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯上；所述液體工質(zhì)為電絕緣，并與所述集成電子線路或電子元件的內(nèi)芯材料化學(xué)相容、電相容。
專利摘要一種發(fā)熱電子元件的熱管散熱器，它包括一管狀的殼體，還包括管狀的薄壁流體通道，該薄壁流體通道設(shè)置在所述殼體內(nèi)，其邊緣通過(guò)端面板與所述殼體的邊緣密閉封接，使所述殼體的內(nèi)壁與所述薄壁流體通道的外側(cè)之間形成封閉空間，該封閉空間為真空，其內(nèi)部灌裝有液體工質(zhì)；所述薄壁流體通道內(nèi)固定設(shè)有散熱鰭片；所述封閉空間內(nèi)設(shè)有吸液芯；所述端面板或殼體上設(shè)有用于抽真空并灌裝所述液體工質(zhì)的灌注口。本實(shí)用新型利用熱管傳熱原理，并利用設(shè)置在薄壁流體通道內(nèi)的散熱鰭片，構(gòu)成空間散熱網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳熱速度快、熱傳導(dǎo)均勻、使用方便、工作可靠性高，可以根據(jù)電子器件的具體情況制成多種樣式，以滿足不同設(shè)備的需要。
文檔編號(hào)F28D15/02GK2671129SQ20042000097
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月9日
發(fā)明者楊洪武 申請(qǐng)人:楊洪武