一種熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)。其中，該熱管散熱器包括：散熱器本體、擴(kuò)散銅板、縱向擴(kuò)散用熱管、橫向傳導(dǎo)用熱管；其中，散熱器本體，包括散熱片，用于構(gòu)建風(fēng)道及散熱面積；擴(kuò)散銅板，用于將熱源進(jìn)行擴(kuò)散；縱向擴(kuò)散用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用于將擴(kuò)散銅板擴(kuò)散出來(lái)的熱，傳導(dǎo)到熱管散熱器的其余部分；橫向傳導(dǎo)用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用多根熱管將熱量傳導(dǎo)至熱管散熱器的下部分。通過(guò)本發(fā)明，將集中熱源迅速擴(kuò)散，并通過(guò)外部風(fēng)機(jī)將熱量帶走，同時(shí)需要降低熱源與散熱器之間的接觸熱阻。解決了相關(guān)技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，本發(fā)明的散熱器具有散熱效率高、外形尺寸小、熱量分布均勻以及性能可靠等特征。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高熱流密度熱源散熱領(lǐng)域，特別是涉及一種熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)國(guó)家先導(dǎo)工程ADS項(xiàng)目的需要，需要研制一款功率級(jí)別為IKw的功率放大器模塊，該功放模塊的耗散功率約為520w，功放管安裝基座的尺寸為4cm*lcm ;這樣功放管的熱流密度(heat density)為130w/cm2，為解決該功放管的散熱問(wèn)題，需要設(shè)計(jì)一款高效散熱器(heatsink),來(lái)提高功放模塊的熱可靠性。
[0003]針對(duì)相關(guān)技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)相關(guān)技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)，用以解決上述技術(shù)問(wèn)題。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種熱管散熱器，其中，該熱管散熱器包括:散熱器本體、擴(kuò)散銅板、縱向擴(kuò)散用熱管、橫向傳導(dǎo)用熱管；其中，所述散熱器本體，包括散熱片，用于構(gòu)建風(fēng)道及散熱面積；所述擴(kuò)散銅板，用于將熱源進(jìn)行擴(kuò)散；所述縱向擴(kuò)散用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用于將所述擴(kuò)散銅板擴(kuò)散出來(lái)的熱，傳導(dǎo)到所述熱管散熱器的其余部分；所述橫向傳導(dǎo)用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用多根熱管將熱量傳導(dǎo)至所述熱管散熱器的下部分。
[0006]進(jìn)一步，所述散熱器本體的外形尺寸大小為104mm*104mm*200mm。
[0007]進(jìn)一步，所述散熱器本體的散熱片的間距為2.5mm，所述散熱片的高度為90mm，所述散熱片的材質(zhì)為鋁。
[0008]進(jìn)一步，所述擴(kuò)散銅板，為一塊88mm*50mm*4mm的紫銅板。
[0009]進(jìn)一步，所述縱向擴(kuò)散用熱管，采用5根扁平熱管構(gòu)成。
[0010]進(jìn)一步，所述橫向傳導(dǎo)用熱管，采用4根直徑為6mm的熱管構(gòu)成。
[0011]進(jìn)一步，所述熱管的內(nèi)部充有工質(zhì)，如果所述熱管的蒸發(fā)段吸收了熱量，則會(huì)將所述蒸發(fā)段的水沸騰，形成蒸汽，并在壓力的作用下，移動(dòng)到所述熱管的冷凝段；如果上述冷凝段通過(guò)外部進(jìn)行冷卻后，蒸汽變?yōu)橐簯B(tài)水，并通過(guò)重力或圓周壁燒結(jié)的毛細(xì)材料，將液態(tài)水回流到上述蒸發(fā)段，液態(tài)水再吸收熱量，形成蒸汽；其中，所述工質(zhì)為水。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種熱管散熱系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括:上述的熱管散熱器，以及功放管；其中，所述功放管安裝在所述熱管散熱器的擴(kuò)散銅板上。
[0013]進(jìn)一步，采用低溫焊料將所述功放管與所述擴(kuò)散銅板之間焊接。
[0014]進(jìn)一步，所述功放管的耗散功率為520w;所述功放管的安裝基座的尺寸為4cm* I cm ;所述功放管的熱流密度為130w/cm2。[0015]通過(guò)本發(fā)明提供的熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)，將集中熱源迅速擴(kuò)散，并通過(guò)外部風(fēng)機(jī)將熱量帶走，同時(shí)需要降低熱源與散熱器之間的接觸熱阻。解決了相關(guān)技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，本發(fā)明的散熱器具有散熱效率高、外形尺寸小、熱量分布均勻以及性能可靠等特征。
[0016]上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱管散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱管散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的散熱器本體的第一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的散熱器本體的第二結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種熱管散熱器及熱管散熱系統(tǒng)，以下結(jié)合附圖以及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0022]本實(shí)施例提供了一種熱管散熱器，圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱管散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該熱管散熱器包括:散熱器本體、擴(kuò)散銅板、縱向擴(kuò)散用熱管、橫向傳導(dǎo)用熱管；其中，
[0023]散熱器本體，包括散熱片，用于構(gòu)建風(fēng)道及散熱面積。具體地，散熱器本體的外形尺寸大小為104mm*104mm*200mm。散熱器本體的散熱片的間距為2.5mm,散熱片的高度為90mm,散熱片的材質(zhì)為招。
[0024]擴(kuò)散銅板,用于將熱源進(jìn)行擴(kuò)散。該擴(kuò)散銅板，為一塊88mm*50mm*4mm的紫銅板。
[0025]縱向擴(kuò)散用熱管，采用多根熱管(heatpipe)構(gòu)成，用于將擴(kuò)散銅板擴(kuò)散出來(lái)的熱，傳導(dǎo)到熱管散熱器的其余部分。該縱向擴(kuò)散用熱管，采用5根扁平熱管構(gòu)成。
[0026]橫向傳導(dǎo)用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用多根熱管將熱量傳導(dǎo)至熱管散熱器的下部分。該橫向傳導(dǎo)用熱管，采用4根直徑為6mm的熱管構(gòu)成。
[0027]通過(guò)本實(shí)施例提供的熱管散熱器，將集中熱源迅速擴(kuò)散，并通過(guò)外部風(fēng)機(jī)將熱量帶走，同時(shí)需要降低熱源與散熱器之間的接觸熱阻。解決了相關(guān)技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，本發(fā)明的散熱器具有散熱效率高、外形尺寸小、熱量分布均勻以及性能可靠等特征。
[0028]在本實(shí)施例介紹的熱管中，其內(nèi)部充有工質(zhì)(例如:水)，如果熱管的蒸發(fā)段吸收了熱量，則會(huì)將蒸發(fā)段的水沸騰，形成蒸汽，并在壓力的作用下，移動(dòng)到熱管的冷凝段；如果上述冷凝段通過(guò)外部進(jìn)行冷卻后，蒸汽變?yōu)橐簯B(tài)水，并通過(guò)重力或圓周壁燒結(jié)的毛細(xì)材料，將液態(tài)水回流到上述蒸發(fā)段，液態(tài)水再吸收熱量，形成蒸汽。
[0029]基于本實(shí)施例提供的熱管散熱器，本實(shí)施例提供了一種熱管散熱系統(tǒng)，圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的熱管散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，熱管散熱系統(tǒng)包括上述實(shí)施例的熱管散熱器，以及功放管；其中，該功放管安裝在熱管散熱器的擴(kuò)散銅板上。
[0030]應(yīng)用于該熱管散熱器的功放管的耗散功率為520w ;功放管的安裝基座的尺寸為4cm*lcm ;所述功放管的熱流密度為130w/cm2。采用低溫焊料將所述功放管與所述擴(kuò)散銅板之間焊接。
[0031]下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行介紹。
[0032]( I)風(fēng)冷熱管散熱器設(shè)計(jì) [0033]由于功放管的耗散功率為520w，而功放管的基板尺寸為4cm*lcm，功放管的熱流密度達(dá)到了 130w/cm2。如果采用傳統(tǒng)的鋁型材散熱器，由于該類(lèi)型散熱器的擴(kuò)散熱阻較高，將熱量迅速擴(kuò)散的能力較差，無(wú)法將功放管底部集中的熱量迅速帶出，從而造成功放管基板溫度過(guò)高，容易將功放管燒毀。為此，必須想辦法將功放管基板底部的熱量迅速帶出，從而充分發(fā)揮散熱器的散熱能力；
[0034]在本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案中，利用熱管超高導(dǎo)熱系數(shù)的特點(diǎn)，來(lái)起到擴(kuò)散熱量的作用。熱管的主要工作原理:熱管內(nèi)部充有工質(zhì)(例如:水)，當(dāng)熱管蒸發(fā)段吸收了熱量，則會(huì)將該段的水沸騰，形成蒸汽，并在壓力的作用下，移動(dòng)到熱管的冷凝段；當(dāng)冷凝段通過(guò)外部進(jìn)行冷卻后，蒸汽變?yōu)橐簯B(tài)水，并通過(guò)重力或圓周壁燒結(jié)的毛細(xì)材料，將液態(tài)水回流到蒸發(fā)段，液態(tài)水再吸收熱量，形成蒸汽；不斷地進(jìn)行著這樣的循環(huán)，從而起到傳導(dǎo)熱量的作用；由于熱管內(nèi)部進(jìn)行的是沸騰換熱。因而，冷凝段與蒸發(fā)段的熱阻非常小，熱管的導(dǎo)熱系數(shù)非常高。一般至少能達(dá)到1000w/m.°C。
[0035]本實(shí)施例正是基于熱管的上述特點(diǎn)，并結(jié)合工程實(shí)際，設(shè)計(jì)了一款熱管散熱器，該散熱器主要由散熱器本體，縱向擴(kuò)散用熱管部分，橫向傳導(dǎo)用熱管部分以及擴(kuò)散銅板組成；散熱器本體:主要是構(gòu)建風(fēng)道及散熱面積，其外形尺寸大小為104mm*104mm*200mm,如圖3所示的散熱器本體的第一結(jié)構(gòu)示意圖和圖4所示的散熱器本體的第二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036]為提高散熱器的換熱系數(shù)，散熱片的間距應(yīng)盡量小，為擴(kuò)大散熱面積，散熱片應(yīng)適當(dāng)高點(diǎn)，根據(jù)對(duì)散熱器的優(yōu)化仿真設(shè)計(jì)，選用的散熱器片間距為2.5mm，散熱片高度為90_，同時(shí)為減輕散熱器本體的重量，材質(zhì)選用鋁；縱向擴(kuò)散用熱管采用5根扁平熱管，用于將擴(kuò)散銅板擴(kuò)散出來(lái)的熱傳導(dǎo)到散熱器其余部分；擴(kuò)散銅板用為一塊88mm*50mm*4mm的紫銅板，用于將熱源先進(jìn)行擴(kuò)散，同時(shí)便于功放管的安裝；橫向傳導(dǎo)用熱管:為更加充分的利用散熱器的散熱面積，用四根直徑為6_的熱管將熱量傳導(dǎo)至散熱器的下部分，從而使得散熱器整體溫度較為均勻。
[0037](2)減小接觸熱阻措施
[0038]在實(shí)際工程中，由于加工精度等原因，造成接觸面的平面度以及表面粗糙度不高，在兩個(gè)平面接觸的空間內(nèi)，會(huì)留有空氣間隙，如果不采取任何措施，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低(約為0.0275w/m.°C )，從而造成接觸熱阻較高等問(wèn)題。為此，常規(guī)的辦法是在兩個(gè)接觸面之間填充導(dǎo)熱硅脂，由于導(dǎo)熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)大約為I~3w/m.?左右，具體到本設(shè)計(jì)中的功放管與擴(kuò)散銅板之間的接觸熱阻，通過(guò)實(shí)際工程測(cè)試，發(fā)現(xiàn)兩者之間的接觸熱阻能達(dá)到0.10C /V。在本設(shè)計(jì)中，單個(gè)功放管的發(fā)熱功率為520w，這樣就會(huì)造成功放管與擴(kuò)散銅板兩者之間存在52度的溫差,從而增加了散熱器的設(shè)計(jì)難度。
[0039]在本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案中，采用低溫焊料將功放管與擴(kuò)散銅板之間焊接，來(lái)實(shí)現(xiàn)兩者之間溫差幾乎為O的目的，這樣能進(jìn)一步提高整個(gè)散熱系統(tǒng)的可靠和穩(wěn)定性。[0040]本風(fēng)冷熱管散熱器的性能指標(biāo):
[0041](I)散熱能力:熱流密度不大于130W/cm2 ；
[0042](2)使用環(huán)境溫度:-20?40°C ;
[0043](3)外部風(fēng)機(jī)風(fēng)量不小于2.1m3/min。
[0044]在實(shí)際操作過(guò)程中，可以使用均溫板代替熱管，均溫板的原理與熱管類(lèi)似，但均溫板屬于二維傳導(dǎo)，而熱管屬于一維傳導(dǎo)，但均溫板目前生產(chǎn)工藝不夠成熟，廢品率較高，故用均熱板實(shí)現(xiàn)的散熱器可靠性不如熱管高。
[0045]本實(shí)施例提供的熱管散熱器，將集中熱源迅速擴(kuò)散，并通過(guò)外部風(fēng)機(jī)將熱量帶走，同時(shí)需要降低熱源與散熱器之間的接觸熱阻。解決了相關(guān)技術(shù)中高熱流密度功率放大管的散熱問(wèn)題，本發(fā)明的散熱器具有散熱效率高、外形尺寸小、熱量分布均勻以及性能可靠等特征。
[0046]盡管為示例目的，已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到各種改進(jìn)、增加和取代也是可能的，因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)不限于上述實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1.一種熱管散熱器，其特征在于，所述熱管散熱器包括:散熱器本體、擴(kuò)散銅板、縱向擴(kuò)散用熱管、橫向傳導(dǎo)用熱管；其中， 所述散熱器本體，包括散熱片，用于構(gòu)建風(fēng)道及散熱面積； 所述擴(kuò)散銅板，用于將熱源進(jìn)行擴(kuò)散； 所述縱向擴(kuò)散用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用于將所述擴(kuò)散銅板擴(kuò)散出來(lái)的熱，傳導(dǎo)到所述熱管散熱器的其余部分； 所述橫向傳導(dǎo)用熱管，采用多根熱管構(gòu)成，用多根熱管將熱量傳導(dǎo)至所述熱管散熱器的下部分。
2.如權(quán)利要求1所述的熱管散熱器，其特征在于，所述散熱器本體的外形尺寸大小為104mm* 104mm*200mnin
3.如權(quán)利要求1所述的熱管散熱器，其特征在于，所述散熱器本體的散熱片的間距為2.5mm,所述散熱片的高度為90mm,所述散熱片的材質(zhì)為招。
4.如權(quán)利要求1所述的熱管散熱器，其特征在于，所述擴(kuò)散銅板，為一塊88mm*50mm*4mm 的紫銅板。
5.如權(quán)利要求1所述的熱管散熱器，其特征在于，所述縱向擴(kuò)散用熱管，采用5根扁平熱管構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的熱管散熱器，其特征在于，所述橫向傳導(dǎo)用熱管，采用4根直徑為6mm的熱管構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1、5或者6中任一項(xiàng)所述的熱管散熱器，其特征在于，所述熱管的內(nèi)部充有工質(zhì)，如果所述熱管的蒸發(fā)段吸收了熱量，則會(huì)將所述蒸發(fā)段的水沸騰，形成蒸汽，并在壓力的作用下，移動(dòng)到所述熱管的冷凝段；如果上述冷凝段通過(guò)外部進(jìn)行冷卻后，蒸汽變?yōu)橐簯B(tài)水，并通過(guò)重力或圓周壁燒結(jié)的毛細(xì)材料，將液態(tài)水回流到上述蒸發(fā)段，液態(tài)水再吸收熱量，形成蒸汽；其中，所述工質(zhì)為水。
8.一種熱管散熱系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1至7所述的熱管散熱器，以及功放管；其中，所述功放管安裝在所述熱管散熱器的擴(kuò)散銅板上。
9.如權(quán)利要求8所述的熱管散熱系統(tǒng)，其特征在于，采用低溫焊料將所述功放管與所述擴(kuò)散銅板之間焊接。
10.如權(quán)利要求8或9所述的熱管散熱系統(tǒng)，其特征在于，所述功放管的耗散功率為520w ;所述功放管的安裝基座的尺寸為4cm*lcm ;所述功放管的熱流密度為130w/cm2。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK103763888SQ201310750359
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】邵炫, 高岷民, 喬志光 申請(qǐng)人:北京長(zhǎng)峰廣播通訊設(shè)備有限責(zé)任公司