專利名稱：加入熱管技術(shù)的針形/復(fù)合翅片散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用新穎結(jié)構(gòu)的、用于為電子元件進(jìn)行散熱的空氣強(qiáng) *流散熱器，尤其是用于大功率高熱流密度情況下的散熱器。本 發(fā)明屬于電子和通訊領(lǐng)域的電子設(shè)備冷卻技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在電子和通訊技術(shù)迅猛發(fā)展的今天， 一方面，電子設(shè)備和電子器
件的功率不斷增大，發(fā)熱量不斷升高；另一方面，有限的空間又要 求電子器件向小型化、微小型化的方向發(fā)展，這兩方面的要求使得 電子器件的集成度越來(lái)越高，熱流密度越來(lái)越大，電子設(shè)備的冷卻 需求也日益迫切。因?yàn)檫^(guò)大的熱流密度必然會(huì)引起電子器件發(fā)熱、 升溫，過(guò)高的溫度將使電子器件壽命大大縮短，甚至燒毀器件。電 子設(shè)備的失效多半以上是由于溫度超過(guò)規(guī)定值引起的，而且隨著溫 度的增加，電子設(shè)備的失效率呈指數(shù)增長(zhǎng)。所以，有效的散熱是保 障器件可靠性的關(guān)鍵問(wèn)題，也是整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。強(qiáng) 迫風(fēng)冷系統(tǒng)是解決電子設(shè)備冷卻問(wèn)題的途徑之一 ，如何設(shè)計(jì)出最高 效的風(fēng)冷系統(tǒng)，使其發(fā)揮最佳效率、節(jié)省能源、提高經(jīng)濟(jì)效益是業(yè) 界共同追求的目標(biāo)。
由于電子器件的體積小，而發(fā)熱功率和熱流密度非常大；例如發(fā) 射機(jī)中常用的功率管，工作功率在300W以上，熱流密度通?？蛇_(dá) 35W/cn^以上，所以靠近功率管(熱源)的區(qū)域極易形成明顯的熱斑 現(xiàn)象，使熱沉基板上呈現(xiàn)很大的溫度梯度。根據(jù)以往的計(jì)算和實(shí)驗(yàn) 結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱斑問(wèn)題對(duì)熱沉的散熱效果影響4艮大，而一般的熱沉J4SL 采用銅或鋁，在很高的熱流密度下其材質(zhì)的導(dǎo)熱性能m^避免熱源 附近熱斑現(xiàn)象的發(fā)生，因此如何解決熱斑現(xiàn)象是改善整個(gè)散熱系統(tǒng) 性能的基礎(chǔ)。其次，通常使用的平板肋片熱沉的散熱能力也有很大 的局限性。因?yàn)檩^長(zhǎng)的平板使得流體流動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)較厚的邊界 層，阻礙了流體與平板肋片的換熱，所以更高效的緊湊式換熱表面 是進(jìn)一步提高散熱器換熱效果的有效手段，而且出于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)方面 的考慮，該換熱表面的阻力也要盡可能小，以便選擇更經(jīng)濟(jì)的風(fēng) 機(jī)，節(jié)約成本和能源，并降低噪音。 中國(guó)專利02104294. 2 "散熱翅片、熱管或穿管、母板金屬一體化 散熱器"中提出了一種由散熱翅片、熱管或穿管、母板三者組合成 一體的散熱器，其中，若干翅片以一定間隔平行分布，熱管以蛇行 方式垂直穿過(guò)翅片，來(lái)改善翅片上的溫度均勻性，提高散熱效率。 由于熱管不直捲接觸熱源，對(duì)大功率的發(fā)熱元件，^J^將熱源的熱 量迅速帶出，雖然提高了翅片效率，但由于散熱底板溫度梯度很 大，散熱器的整體效率仍然有待改善。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前常用的空氣強(qiáng)i^t流散熱器存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明的 目的在于提供一種新型的散熱器，用于大功率高熱流密度務(wù)降下的 電子設(shè)備的冷卻，以為電子設(shè)備工作的有效性和可靠性提供有利的 保障。
本發(fā)明的加入熱管技術(shù)的針形/復(fù)合翅片散熱器的主要特征包括
散熱器金屬基板中鑲嵌熱管或金屬基板由整體熱管形式的平板熱管基板代替；
采用了橢圓截面的針形翅片或由幾種不同的翅片型式共同組成的 復(fù)合翅片形式。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將熱管技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)的電子元件散熱 器中，并依熱源位置設(shè)置熱管，將熱管嵌入到散熱器基板中或采用 平板熱管基板來(lái)進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，以迅速導(dǎo)出熱源熱量，解決芯片的 局部高熱流密度問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提出了針形翅片型式的設(shè)計(jì)，相對(duì)于 普通的平直肋片，不僅破壞了連續(xù)穩(wěn)定的粘性層流層，而且大大增 加了流道中的紊流度，極大地增強(qiáng)了換熱系數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提出了翅片的橢圓截面設(shè)計(jì)，其相對(duì)
圓形截面減小了流動(dòng)阻力，并減小了尾流的負(fù)面影響，有利于換熱 的進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，根據(jù)基仗的溫度分布情況，設(shè)計(jì)不同 的翅片形式(即復(fù)合翅片形式)來(lái)進(jìn)行散熱，能夠在有效散熱的同 時(shí)最大程度節(jié)約材料的使用，降低成本。 按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種帶有熱管的散熱器，包括 用導(dǎo)熱材料制作的散熱器基板，用于與熱源進(jìn)行熱接觸，
其特征在于
設(shè)置在Ul中的熱管，所述熱管經(jīng)過(guò)基板與所述熱源相熱接觸的部位；
設(shè)置在基板上的、用導(dǎo)熱材料制成的多個(gè)翅片。


圖l是本發(fā)明熱管嵌入式針形散熱器的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖。 圖2是圖l的實(shí)施例中熱管嵌入式針形散熱器的分解圖。 圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中平板熱管針形散熱器的結(jié)構(gòu)示意 圖。 圖4是圖3的實(shí)施例中平板熱管針形散熱器的詳細(xì)構(gòu)造圖。 圖5是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中熱管嵌入式復(fù)合翅片散熱器的結(jié)構(gòu) 示意圖。 圖6是圖5的實(shí)施例中熱管嵌入式復(fù)合翅片散熱器的詳細(xì)構(gòu)造圖。
具體實(shí)施方式
圖1和2顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。由圖2可見，本發(fā)明的該實(shí) 施例的新穎散熱器包括如下幾個(gè)部分散熱器基板l,優(yōu)選材料為鋁 或類似的導(dǎo)熱材料；橢圓截面的針形翅片2，優(yōu)選材料也是鋁或類似 導(dǎo)熱材料；熱管3 (優(yōu)選材料為銅或類似的導(dǎo)熱材料)若干；基板上 的凹槽4 (根據(jù)熱源而定)。首先根據(jù)設(shè)計(jì)需求切割出矩形的J4SL 1，然后根據(jù)與基板1熱接觸的熱源的部位5在基板上沿長(zhǎng)度方向加工 出圓形槽子4;例如，在一個(gè)具體的設(shè)計(jì)例子中，J4良l的厚度為 llmm,圓形4子4的直徑為8咖的。加工的熱管3的外徑和圓形槽子4 的直徑相同，因此可將熱管3擠壓到槽4中。熱管3和槽4之間的縫隙 中填入高導(dǎo)熱性的焊接涂料，將二者焊接起來(lái)。按照設(shè)計(jì)的尺寸軋 制出橢圓截面的針形翅片，將其按照設(shè)計(jì)要求直接焊接在^Ji， 翅片的截面形狀優(yōu)選為橢圓形；例如，在一個(gè)具體的設(shè)計(jì)例子中， 其為長(zhǎng)軸10mm，短軸2mm。橢圓形翅片的長(zhǎng)軸方向沿著冷卻氣體的流 動(dòng)方向布置，這樣有助于減小流阻。 圖3和4顯示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。由圖4可見，該實(shí)施例中 的散熱器包括散熱器基板6(優(yōu)選材料為鋁或類似的導(dǎo)熱材料)；優(yōu) 選為橢圓截面的針形翅片7，優(yōu)選材料也是鋁或類似的導(dǎo)熱材料。在 圖3和4的實(shí)施例里，采用了整體成形于平板中的蛇形熱管8，而不是 圖l和2的實(shí)施例中的在鋁基板內(nèi)嵌入熱管的模式。這樣就無(wú)須再嵌 入若干根小的熱管，該方法較圖l和2的實(shí)施例加工更簡(jiǎn)《更散熱更有 效，更加有利于基&6與熱源接觸的部位9處的熱斑問(wèn)題的解決。 圖5和6顯示了本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例。由圖6可見，該實(shí)施例中 的散熱器包括散熱器基板ll,優(yōu)選材料為鋁或類似導(dǎo)熱材料；優(yōu) 選為橢圓截面的針形翅片12,優(yōu)選材料也是鋁或類似導(dǎo)熱材料；三 層的鋸齒形翅片13,優(yōu)選材料也是鋁或類似導(dǎo)熱材料，圖5中也顯示
了其放大的結(jié)構(gòu)；熱管14若千(優(yōu)選材料為銅或類似導(dǎo)熱材料)； 基板上的凹槽15，其位置J^據(jù)與熱源熱接觸的M部位16而定。由 于散熱器M上的不同位置所需要的散熱量是不同的，所以可以根 據(jù)具體散熱量在不同位置處設(shè)計(jì)不同的翅片形式，這樣可以使流體 的流阻更小，散熱器所用材料更少，重量更輕。因此，圖1和2所示
式^代，此方案稱為熱管嵌入式復(fù)合翅片散熱i。如在圖5所示的具 體涉及例子中，該散熱器的翅片沿流體流動(dòng)方向的前部為橢圓針形 翅片，遠(yuǎn)離熱源的一端是三層的鋸齒形翅片，它所用的材料比橢圓 形翅片的更少，因此重量更輕。
除了以上描述的翅片形式外，還可以才艮據(jù)熱源發(fā)熱量在基板的分 布情況，在基板不同位置設(shè)計(jì)不同的翅片形式，形成散熱和經(jīng)濟(jì)性 最優(yōu)的復(fù)合翅片形式。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于
(1) 通過(guò)散熱器基板內(nèi)的熱管將電子元件的發(fā)熱量迅速帶走，使 其迅速分布到基板的其他部分上；
(2) 通過(guò)橢圓截面的針形翅片或復(fù)合翅片等高效的緊湊式翅片表 面將熱量從基板傳給空氣.
這兩個(gè)創(chuàng)新之處能夠最大程度地消,熱器基板上的熱斑現(xiàn)象， 有效提高散熱器的換熱效率。整個(gè)散熱器的加工采用全焊接工藝實(shí) 現(xiàn)，因而接觸熱阻小，可靠性高。此外，復(fù)合翅片形式還能夠在保 證散熱能力的同時(shí)，最大限度地減少材料消耗，有利于提高經(jīng)濟(jì) 性。
需要說(shuō)明的是方案中的熱管數(shù)目以及翅片形式、尺寸和數(shù)目都是 根據(jù)具體的設(shè)計(jì)要求確定的，由此形成的技術(shù)方案也屬本發(fā)明的保 護(hù)范圍。而且，本發(fā)明中散熱器設(shè)計(jì)和風(fēng)機(jī)選型是作為一個(gè)系統(tǒng)同 時(shí)進(jìn)行優(yōu)化選擇的。
權(quán)利要求
1.一種帶有熱管的散熱器，包括用導(dǎo)熱材料制作的散熱器基板，用于與熱源進(jìn)行熱接觸，其特征在于設(shè)置在基板中的熱管，所述熱管經(jīng)過(guò)基板與所述熱源相熱接觸的部位；設(shè)置在基板上的、用導(dǎo)熱材料制成的多個(gè)翅片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的散熱器，其特征在于所述熱管包括多根獨(dú)立的熱管，每根熱管分別經(jīng)iti4l與所述熱 源相熱接觸的一個(gè)部位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的散熱器，其特征在于所述熱管包括一4艮熱管，該熱管呈蛇形經(jīng)過(guò)所述J4SL，并經(jīng)過(guò)所述 基板與所述熱源相熱接觸的至少 一個(gè)部位。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱器，其特征在于所述熱管是通過(guò)把導(dǎo)熱材料制成的管子擠壓到在所i^l上開出 的槽中而形成的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的散熱器，其特征在于所述熱管是在所述J41上整體形成的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的散熱器，其特征在于所述翅片包括多個(gè)截面 形狀為橢圓形的翅片，橢圓形翅片的長(zhǎng)軸方向沿著冷卻氣體的流動(dòng)方 向。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的散熱器，其特征在于所述翅片進(jìn)一步包括鋸 齒形翅片，所述鋸齒形翅片被設(shè)置在橢圓形翅片沿著冷卻氣體的流動(dòng) 方向的下游。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的散熱器，其特征在于根據(jù)熱源發(fā)熱量在^L 的分布情況，在基板不同位置設(shè)置不同的翅片形式，形成散熱和經(jīng)濟(jì) 性最優(yōu)的復(fù)合翅片形式。
全文摘要
一種加入熱管技術(shù)的針形/復(fù)合翅片散熱器，它包括熱沉基板，熱管和翅片。該散熱器的特征是將兩種新的強(qiáng)化換熱方法運(yùn)用到新型散熱器中；其中熱管可以是在基板中嵌入的熱管2或與基板整體成形的平板熱管8，翅片可以全部是橢圓截面的針形翅片2，也可以是針形翅片2和鋸齒形翅片13的組合，或其它不同翅片型式的組合。本發(fā)明的散熱器能有效地解決電子設(shè)備散熱中的熱斑現(xiàn)象。其中，橢圓截面的針形翅片是通過(guò)流體的流動(dòng)和傳熱特性綜合優(yōu)化的結(jié)果。
文檔編號(hào)H01L23/34GK101340800SQ20071012260
公開日2009年1月7日 申請(qǐng)日期2007年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月6日
發(fā)明者張麗娜, 楊春信 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)