專利名稱：適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率器件的散熱技術(shù)，尤其是一種功率器件的板式整體散熱結(jié)構(gòu)的改進，國際專利分類號為F28F9/26和H05K7/20，該板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法主要用于大功率半導(dǎo)體元件用散熱。
背景技術(shù)：
大功率整流(變流)裝置中使用半導(dǎo)體元件作開關(guān)器件，為了減少單個橋臂元件并聯(lián)的數(shù)量，均趨向于使用大元件，如電力機車用整流裝置由原來一個橋臂用6個2英寸晶閘管串、并聯(lián)，到現(xiàn)在的一個橋臂只用一個5英寸晶閘管，單個半導(dǎo)體元件的發(fā)熱功耗達數(shù)千瓦。所以，要求配套的散熱器有更高的散熱能力，而且要在有限的空間里實現(xiàn)散熱。由于熱管散熱器具有高效節(jié)能的特點，所以，在大功率半導(dǎo)體元件散熱領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。
目前一般使用的熱管散熱器由圓形熱管、散熱翅片和基板(固定發(fā)熱元件)組成，優(yōu)點是技術(shù)成熟。其不足之處由于熱管與散熱片及基板的連接是一種裝配結(jié)構(gòu)，在散熱器的熱阻要求很小的應(yīng)用場合，接觸熱阻影響較大，受工藝的影響也較大，散熱效率受到限制；另外，通過多根熱管的排列來實現(xiàn)較大熱功率的傳輸，基板的溫度會不均勻，隨功率增加而變大，對半導(dǎo)體元件的影響是不利的。
采用板式整體結(jié)構(gòu)能解決上述的缺點，而且能增加蒸發(fā)段等溫傳熱面積和冷凝段散熱片的散熱效率。但是，由于液態(tài)工質(zhì)循環(huán)分布到蒸發(fā)面的相關(guān)方法有一定的局限性，所以，目前板式結(jié)構(gòu)大多采用水平放置的沸騰換熱，其缺點是液態(tài)工質(zhì)較多，液態(tài)工質(zhì)本身的導(dǎo)熱性較差。在一些應(yīng)用場合，蒸發(fā)面是垂直的，通過吸液芯將下部的液態(tài)工質(zhì)克服重力向上吸到整過蒸發(fā)面，只能滿足較小的散熱功率要求，限制了板式整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。本發(fā)明就是針對這個問題的一種解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決板式整體結(jié)構(gòu)采用沸騰換熱方法時，所體現(xiàn)的液態(tài)工質(zhì)導(dǎo)熱性差的特點，開發(fā)一種能滿足蒸發(fā)面垂直布置的需求，且適應(yīng)大散熱功率要求的新型板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法及裝置。
本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的將蒸發(fā)段的平板式整個內(nèi)框用燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯結(jié)構(gòu)，毛細吸液芯在內(nèi)框發(fā)熱面的接觸處布滿垂直的微槽(寬度為1～3mm)，朝上開口，連通上部的冷凝段的平板內(nèi)框，形成熱管式散熱的氣態(tài)工質(zhì)通道。
將冷凝段也做成平板式內(nèi)框，位于蒸發(fā)段上方，內(nèi)框的內(nèi)表面分布垂直的微槽，起液態(tài)工質(zhì)的毛細回流通道的作用。外部分布散熱翅片，水平或垂直布置可分別適應(yīng)水平或垂直通風(fēng)的要求。
在充液態(tài)工質(zhì)時，要保證液態(tài)工質(zhì)滲滿蒸發(fā)段的毛細吸液芯，液面略高于毛細吸液芯最高處。
所述的板式整體結(jié)構(gòu)的熱管散熱器的結(jié)構(gòu)為蒸發(fā)段內(nèi)框用粉末燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯，與發(fā)熱面的接觸處形成上部開口的蒸發(fā)段垂直微槽，微槽寬度為1～3mm，外部圓形臺面是發(fā)熱元件的放置區(qū)；冷凝段的內(nèi)框的內(nèi)表面分布垂直的微槽起液態(tài)工質(zhì)回流的毛細通道，外部分布散熱翅片，水平通風(fēng)條件下做水平布置，對應(yīng)垂直通風(fēng)可散熱翅片為垂直。
本發(fā)明工作原理是熱啟動時，蒸發(fā)段內(nèi)框的垂直微槽里的液態(tài)工質(zhì)四周接觸面是金屬，金屬的導(dǎo)熱性好同時加熱液態(tài)工質(zhì)，微槽內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)又是微量，這樣就克服液態(tài)工質(zhì)導(dǎo)熱性能差的問題，使液態(tài)工質(zhì)與發(fā)熱區(qū)的溫差較小，實現(xiàn)熱管的高效相變換熱。通常所用的圓形熱管也是利用表面毛細吸液作用，使表面分布一層薄的液態(tài)工質(zhì)，使其與管壁的溫差小，如此來減少液態(tài)工質(zhì)導(dǎo)熱性能差的影響，充分發(fā)揮相變換熱高效特征。這些垂直微槽的液態(tài)工質(zhì)相變成氣態(tài)工質(zhì)并很快充滿微槽，向上進入冷凝段，放熱相變成液態(tài)工質(zhì)沿表面毛細回流通道(微槽)回到蒸發(fā)段，儲存在毛細吸液芯，不斷補充微槽處的液態(tài)工質(zhì)，此時的微槽就等同一根圓形熱管，由毛細吸附作用將液態(tài)工質(zhì)吸附在表面上。


圖1是本發(fā)明實施例正視圖；圖2是本發(fā)明實施例A-A剖面俯視視圖；圖中1、蒸發(fā)段，2、蒸發(fā)段內(nèi)框，3、冷凝段，4、冷凝段內(nèi)框，5、散熱翅片，6、蒸發(fā)段垂直微槽，7、毛細吸液芯。
具體實施例方式
附圖給出了本發(fā)明的一個實施例原理示意圖，可應(yīng)用于大功率晶閘管元件的散熱，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
從附圖中可以看出，本發(fā)明使整流器用5英寸晶閘管(整流管)能使用板式整體結(jié)構(gòu)的熱管散熱器，最佳地滿足大功率半導(dǎo)體元件的散熱要求。
本發(fā)明適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法，是將蒸發(fā)段的平板式整個內(nèi)框用燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯結(jié)構(gòu)，毛細吸液芯在內(nèi)框發(fā)熱面的接觸處布滿垂直的微槽，朝上開口，連通上部的冷凝段的平板內(nèi)框，形成熱管式散熱的氣態(tài)工質(zhì)通道；將冷凝段也做成平板式內(nèi)框，位于蒸發(fā)段上方，內(nèi)框的內(nèi)表面分布垂直的微槽，起液態(tài)工質(zhì)的毛細回流通道的作用，外部分布散熱翅片，水平或垂直布置分別適應(yīng)水平或垂直通風(fēng)的要求。
該板式整體結(jié)構(gòu)的熱管散熱器，包括蒸發(fā)段1、冷凝段3。蒸發(fā)段內(nèi)框2用粉末燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯7，與發(fā)熱面的接觸處形成上部開口的蒸發(fā)段垂直微槽6，微槽6寬度為1～3mm，外部圓形臺面是發(fā)熱元件的放置區(qū)(雙點劃線圓所示)。冷凝段3的內(nèi)框4的內(nèi)表面分布垂直的微槽起液態(tài)工質(zhì)回流的毛細通道，外部分布散熱翅片，水平通風(fēng)條件下做水平布置如圖例，對應(yīng)垂直通風(fēng)可散熱翅片改為垂直。主要原理為晶閘管(整流管)開始工作時產(chǎn)生的熱量通過蒸發(fā)段1臺面?zhèn)髦羶?nèi)框，蒸發(fā)段垂直微槽6內(nèi)的液態(tài)工質(zhì)吸熱相變成氣態(tài)工質(zhì)，向上流入冷凝段內(nèi)框4，放熱冷卻后相變成液態(tài)工質(zhì)，通過重力和冷凝段內(nèi)框4表面微槽毛細吸液力的作用下回到蒸發(fā)段的毛細吸液芯7，補充到微槽，實現(xiàn)循環(huán)。
充裝液態(tài)工質(zhì)時，要充滿毛細吸液芯，在給定的散熱功率下不出現(xiàn)干枯。隨著發(fā)熱功率的增加，蒸發(fā)段垂直微槽6內(nèi)充滿氣態(tài)工質(zhì)，四周由于毛細吸附作用表面吸附一層液態(tài)工質(zhì)，相當于圓形熱管的情形。
權(quán)利要求
1.適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法，其特征在于將蒸發(fā)段的平板式整個內(nèi)框用燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯結(jié)構(gòu)，毛細吸液芯在內(nèi)框發(fā)熱面的接觸處布滿垂直的微槽，朝上開口，連通上部的冷凝段的平板內(nèi)框，形成熱管式散熱的氣態(tài)工質(zhì)通道；將冷凝段也做成平板式內(nèi)框，位于蒸發(fā)段上方，內(nèi)框的內(nèi)表面分布垂直的微槽，起液態(tài)工質(zhì)的毛細回流通道的作用，外部分布散熱翅片，水平或垂直布置分別適應(yīng)水平或垂直通風(fēng)的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法，其特征在于在充液態(tài)工質(zhì)時，要保證液態(tài)工質(zhì)滲滿蒸發(fā)段的毛細吸液芯，液面略高于毛細吸液芯最高處。
3.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述的適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法的裝置，包括蒸發(fā)段、冷凝段，其特征在于所述的蒸發(fā)段內(nèi)框用粉末燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯，與發(fā)熱面的接觸處形成上部開口的蒸發(fā)段垂直微槽，外部圓形臺面是發(fā)熱元件的放置區(qū)；冷凝段的內(nèi)框的內(nèi)表面分布垂直的微槽起液態(tài)工質(zhì)回流的毛細通道，外部分布散熱翅片，水平通風(fēng)條件下做水平布置，對應(yīng)垂直通風(fēng)可散熱翅片為垂直。
4.如權(quán)利要求3所述的適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法，其特征在于所述的微槽寬度為1～3mm。
全文摘要
適用于大功率高效熱管散熱器的板式整體結(jié)構(gòu)散熱方法及裝置，將蒸發(fā)段的平板式整個內(nèi)框用燒結(jié)的方法形成毛細吸液芯結(jié)構(gòu)，毛細吸液芯在內(nèi)框發(fā)熱面的接觸處布滿垂直的微槽(寬度為1～3mm)，朝上開口，連通上部的冷凝段的平板內(nèi)框，形成熱管式散熱的氣態(tài)工質(zhì)通道。將冷凝段也做成平板式內(nèi)框，位于蒸發(fā)段上方，內(nèi)框的內(nèi)表面分布垂直的微槽，起液態(tài)工質(zhì)的毛細回流通道的作用。外部分布散熱翅片，水平或垂直布置可分別適應(yīng)水平或垂直通風(fēng)的要求。
文檔編號H05K7/20GK101059323SQ20071003508
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者付成勇, 徐達清 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司