專利名稱：一種具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子器件散熱的多孔合金熱管散熱器，屬于電子器件散熱技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)資訊化的發(fā)展，對微電子器件性能和速度的需求越來越高，目前，半導(dǎo)體技術(shù)已進(jìn)入納米量級，可在IC芯片上制造更多的晶體管，基于輕便而需整合功能的需求，目前也朝著系統(tǒng)單芯片方向發(fā)展。IC中晶體管等有源器件運(yùn)算時(shí)，產(chǎn)生大量的熱量，隨著芯片中晶體管的數(shù)目越來越多，發(fā)熱量也越來越大，在芯片面積不隨之大幅增加的情況下，器件發(fā)熱密度越來越高，過熱問題已成為目前制約電子器件技術(shù)發(fā)展的瓶頸，以 CPU為例，其發(fā)熱量隨著速度的提高而逐漸增加，目前已達(dá)115W以上，相對應(yīng)的熱流密度也大幅度增加。散熱問題已成為制約微電子器件發(fā)展的最大障礙，并引起了廣泛的關(guān)注。微電子器件發(fā)熱量不斷提高，而與之相匹配的散熱技術(shù)卻未及時(shí)趕上，使得CPU 的發(fā)展逐漸面臨重大的瓶頸。根據(jù)ITRS預(yù)估，2006年每只DRAM(動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)的發(fā)熱量將從IW左右增加到2W。為了擴(kuò)大存儲(chǔ)模塊容量，目前許多公司開始采用3D堆疊形式的封裝，雖然提高了芯片的應(yīng)用效率，但也使散熱問題顯得越來越重要，據(jù)統(tǒng)計(jì)，由熱所引起的失效約占電子器件失效的一半以上。溫度過高除了會(huì)造成半導(dǎo)體器件的損毀，也會(huì)造成電子器件可靠性降低及性能下降，對于散熱問題的解決，必須尋求綜合解決技術(shù)方案。 此外，散熱問題也是影響LED壽命的關(guān)鍵技術(shù)難題之一。普通的多孔芯換熱器一般包括蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)，各區(qū)域是采用壓實(shí)密度、 孔徑和孔隙率相同的多孔合金熱管，在微型結(jié)構(gòu)內(nèi)，當(dāng)工質(zhì)發(fā)生相變時(shí)，其內(nèi)部壓力會(huì)急劇增大，導(dǎo)致滲透性差，熱導(dǎo)率降低，影響散熱效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有電子器件散熱技術(shù)存在的問題，依據(jù)金屬多孔合金所具有的散熱能力強(qiáng)、滲透性好、熱導(dǎo)率高的特點(diǎn)，提供一種散熱效果好、能滿足電子產(chǎn)品微型化發(fā)展對散熱技術(shù)需求的具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器。本發(fā)明的具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器采用以下技術(shù)方案該多孔合金熱管散熱器，包括殼體，殼體上設(shè)置有工質(zhì)充填口和排氣口，殼體的底部設(shè)有工質(zhì)充填口，上端面設(shè)有排氣口，殼體內(nèi)自下至上分為蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)三個(gè)區(qū)域，三個(gè)區(qū)域內(nèi)均填充滿多孔合金，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑最小，冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑最大，絕熱區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑介于蒸發(fā)區(qū)內(nèi)多孔合金平均孔徑和冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金平均孔徑之間。多孔合金可以為現(xiàn)有各種結(jié)構(gòu)類型的多孔合金。蒸發(fā)區(qū)高度H1、冷凝區(qū)高度H3和絕熱區(qū)高度吐的分布是
h^=南h「t^.hi=h-j^-T^其中&為蒸發(fā)區(qū)7的高度，吐為
3絕熱區(qū)5的高度，H3為冷凝區(qū)的高度，H為三個(gè)區(qū)域高度之和W1為液相充液體積，Φ ！為蒸發(fā)區(qū)多孔合金的孔隙率，Vg為氣相體積，Φ 3為冷凝區(qū)多孔合金的孔隙率，L為任一區(qū)域的長度，W為任一區(qū)域的寬度。蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑大小按下式得到1η(ρ/Ρ(ι) ="(2 Y Vm/rRT) cos θ，式中，式中，P(1為工作介質(zhì)液面為平面時(shí)的飽和蒸氣壓，ρ為多孔合金內(nèi)液體工作介質(zhì)的飽和蒸氣壓，Vm為對應(yīng)相的摩爾體積，γ為各區(qū)內(nèi)對應(yīng)相的表面張力， R為常數(shù)，T為絕對溫度，θ為液體工作介質(zhì)與多孔合金金屬層壁的接觸角；對應(yīng)相是指實(shí)際工作時(shí)，散熱器蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)以及冷凝區(qū)內(nèi)工作介質(zhì)的狀況，蒸發(fā)區(qū)工作介質(zhì)是液相， 絕熱區(qū)工作介質(zhì)是汽液兩相，冷凝區(qū)工作介質(zhì)是汽相。本發(fā)明散熱器內(nèi)部的多孔合金蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)具有不同的孔徑和孔隙率，具有散熱能力強(qiáng)、滲透性好、熱導(dǎo)率高的特點(diǎn)，可以有效的提高散熱效果。


附圖是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1、殼體，2、排氣口，3、冷凝區(qū)，4、絕熱區(qū)與冷凝區(qū)臨界面，5、絕熱區(qū)；6、蒸發(fā)區(qū)與絕熱區(qū)臨界面，7、蒸發(fā)區(qū)，8、工質(zhì)充填口。
具體實(shí)施例方式如附圖所示，本發(fā)明的具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器，包括殼體1，殼體1的底部設(shè)有工質(zhì)充填口 8，上端面設(shè)有排氣口 2。殼體1內(nèi)自下至上分為蒸發(fā)區(qū)7、絕熱區(qū)5和冷凝區(qū)3三個(gè)區(qū)域，相鄰區(qū)域之間分別為蒸發(fā)區(qū)與絕熱區(qū)臨界面6和絕熱區(qū)與冷凝區(qū)臨界面4。三個(gè)區(qū)域內(nèi)均填充滿多孔合金蒸。發(fā)區(qū)7內(nèi)多孔合金的平均孔徑最小，冷凝區(qū)3內(nèi)多孔合金的孔徑平均最大，絕熱區(qū)5內(nèi)多孔合金的平均孔徑介于蒸發(fā)區(qū)7內(nèi)多孔合金平均孔徑和冷凝區(qū)3內(nèi)多孔合金平均孔徑之間。通過殼體1底部的工質(zhì)充填口 8向蒸發(fā)區(qū)7內(nèi)填充液相工質(zhì)(液相工質(zhì)主要是在蒸發(fā)區(qū)7內(nèi))。散熱器在實(shí)際工作時(shí)，蒸發(fā)區(qū)7內(nèi)工質(zhì)主要是液相，絕熱區(qū)5內(nèi)工質(zhì)是汽液兩相，冷凝區(qū)3內(nèi)工質(zhì)主要是汽相。根據(jù)散熱器吸熱量Oi1)和散熱量(Q2)，確定本發(fā)明散熱器的結(jié)構(gòu)尺寸以及合理劃分蒸發(fā)區(qū)7、絕熱區(qū)5和冷凝區(qū)3的尺寸。根據(jù)工質(zhì)在蒸發(fā)區(qū)7、絕熱區(qū)5和冷凝區(qū)3的相態(tài)區(qū)別，各區(qū)域的多孔合金設(shè)計(jì)成復(fù)合梯度結(jié)構(gòu)，即蒸發(fā)區(qū)7內(nèi)多孔合金的孔徑最小，冷凝區(qū)3內(nèi)多孔合金的孔徑最大，絕熱區(qū)5內(nèi)多孔合金的孔徑介于蒸發(fā)區(qū)7內(nèi)多孔合金孔徑和冷凝區(qū)3內(nèi)多孔合金孔徑之間。冷凝區(qū)3的散熱環(huán)境一般相對穩(wěn)定，那么，在冷凝區(qū)釋放的熱量也會(huì)保持相對穩(wěn)定。在設(shè)計(jì)過程中要考慮LQ^Pj1之間的邏輯關(guān)系；當(dāng)蒸發(fā)區(qū)7吸收的熱量等于冷凝區(qū)3釋放的熱量時(shí)，其內(nèi)部壓力P變化不大；而當(dāng)蒸發(fā)區(qū)7吸收的熱量大于冷凝區(qū)3釋放的熱量時(shí)時(shí)，其內(nèi)部壓力P必然增大，而導(dǎo)致介質(zhì)沸點(diǎn)升高，相變減緩，傳熱速度V1下降，散熱件溫度上升，直至影響其正常工作。2.孔徑、孔隙率和壓力P的影響；
由于沒有考慮工質(zhì)相變引起的體積變化，其結(jié)果是隨著蒸發(fā)區(qū)7吸收的熱量的增加，其內(nèi)部汽相與液相的比例發(fā)生變化，為維持P的相對穩(wěn)定，就要合理設(shè)計(jì)蒸發(fā)區(qū)7、絕熱區(qū)5和冷凝區(qū)3的高度氏、H2和H3的相對尺寸。具體過程容如下利用飽和多孔合金的連續(xù)性方程、考慮重力效應(yīng)的達(dá)西定律、能量方程對三個(gè)區(qū)域的工質(zhì)輸運(yùn)過程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模
權(quán)利要求
1.一種具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器，包括殼體，其特征是殼體上設(shè)置有工質(zhì)充填口和排氣口，殼體的底部設(shè)有工質(zhì)充填口，上端面設(shè)有排氣口，殼體內(nèi)自下至上分為蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)三個(gè)區(qū)域，三個(gè)區(qū)域內(nèi)均填充滿多孔合金，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑最小，冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑最大，絕熱區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑介于蒸發(fā)區(qū)內(nèi)多孔合金平均孔徑和冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金平均孔徑之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器，其特征是所述 蒸發(fā)區(qū)高度H1、冷凝區(qū)高度H3和絕熱區(qū)高度H2的分布是
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器，其特征是所述蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑大小按下式得到ln(p/ptl) = -(2 y Vffl/ rRT) cos θ，式中，P(1為工作介質(zhì)液面為平面時(shí)的飽和蒸氣壓，ρ為多孔合金內(nèi)液體工作介質(zhì)的飽和蒸氣壓，Vm為對應(yīng)相的摩爾體積，γ為各區(qū)內(nèi)對應(yīng)相的表面張力，R為常數(shù)，T為絕對溫度，θ為液體工作介質(zhì)與多孔合金金屬層壁的接觸角；對應(yīng)相是指實(shí)際工作時(shí)，散熱器蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)以及冷凝區(qū)內(nèi)工作介質(zhì)的狀況，蒸發(fā)區(qū)工作介質(zhì)是液相，絕熱區(qū)工作介質(zhì)是汽液兩相，冷凝區(qū)工作介質(zhì)是汽相。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的多孔合金熱管散熱器，包括殼體，殼體上設(shè)置有工質(zhì)充填口和排氣口，殼體的底部設(shè)有工質(zhì)充填口，上端面設(shè)有排氣口，殼體內(nèi)自下至上分為蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)三個(gè)區(qū)域，三個(gè)區(qū)域內(nèi)均填充滿多孔合金，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑最小，冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑最大，絕熱區(qū)內(nèi)多孔合金的平均孔徑介于蒸發(fā)區(qū)內(nèi)多孔合金平均孔徑和冷凝區(qū)內(nèi)多孔合金平均孔徑之間。本發(fā)明散熱器內(nèi)部的多孔合金蒸發(fā)區(qū)、絕熱區(qū)和冷凝區(qū)具有不同的孔徑和孔隙率，具有散熱能力強(qiáng)、滲透性好、熱導(dǎo)率高的特點(diǎn)，可以有效的提高散熱效果。
文檔編號(hào)G06F1/20GK102184902SQ20111009419
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者位紅燕, 安保睿, 常威, 張樹生, 田帥, 郭雷, 陳婷婷, 陳巖, 陳雅群, 霍夢佳 申請人:山東大學(xué)