一種相變散熱裝置及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種相變散熱裝置及其制造方法，裝置由基體，蓋板，相變材料和封裝塊組成，基體為一面開槽的殼體，槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱加強(qiáng)筋，將殼體內(nèi)部分割為多個(gè)子區(qū)域，基體側(cè)面設(shè)置有開口，用于灌注相變材料，蓋板為一面帶有加強(qiáng)筋的平板，蓋板加強(qiáng)筋上設(shè)置有各向連通孔，將蓋板加強(qiáng)筋所分割的各子區(qū)域相互連通；封裝塊與基體側(cè)面的開口過盈配合。本發(fā)明熱容量大，為傳統(tǒng)金屬熱沉的兩倍以上，可大大減緩電子設(shè)備的升溫速率；而且可靠性高，相比較傳統(tǒng)的風(fēng)冷或液冷散熱技術(shù)，減少了運(yùn)動(dòng)部件，消除了沖擊振動(dòng)對(duì)電子設(shè)備的影響，且降低了散熱器本身的故障率。
【專利說明】一種相變散熱裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電子設(shè)備散熱【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種相變散熱裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的電子設(shè)備散熱通過對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射三種方式將熱量排散到系統(tǒng)以外，但是對(duì)于一些密閉空間的電子設(shè)備，傳統(tǒng)的散熱方式很難發(fā)揮作用，往往只能通過設(shè)備結(jié)構(gòu)本身的金屬熱沉來吸收電子器件的熱量。該種散熱方式熱容量小，無法滿足大部分設(shè)備的工作要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的技術(shù)問題
[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種相變散熱裝置及其制造方法。
[0005]技術(shù)方案
[0006]相變材料是通過相變過程吸收大量熱量，其等效熱容量可高達(dá)200kJ/kg以上。本發(fā)明就是通過采用吸熱量大、密度低且可靠性高的相變散熱裝置來解決封閉空間內(nèi)電子設(shè)備的散熱問題。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]所述一種相變散熱裝置，其特征在于:由基體，蓋板，相變材料和封裝塊組成；所述基體為一面開槽的殼體，槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱加強(qiáng)筋，將殼體內(nèi)部分割為多個(gè)子區(qū)域，導(dǎo)熱加強(qiáng)筋的高度低于基體外圍高度；基體側(cè)面設(shè)置有開口，用于灌注相變材料；基體的開槽一面為主焊接面，與蓋板的焊接搭接寬度不低于2mm，基體槽內(nèi)加強(qiáng)筋頂面為次焊接面；所述蓋板為一面帶有加強(qiáng)筋的平板，蓋板上的加強(qiáng)筋與殼體槽內(nèi)的導(dǎo)熱加強(qiáng)筋位置對(duì)應(yīng)；蓋板加強(qiáng)筋上設(shè)置有各向連通孔，將蓋板加強(qiáng)筋所分割的各子區(qū)域相互連通；封裝塊與基體側(cè)面的開口過盈配合。
[0009]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種相變散熱裝置，其特征在于:相變材料采用熔點(diǎn)在300C _120°C之間物性穩(wěn)定的低溫相變材料，潛熱值大于150kJ/kg，密度小于lg/cm3，無毒。
[0010]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種相變散熱裝置，其特征在于:蓋板加強(qiáng)筋上的各向連通孔的孔徑不超過1_。
[0011]進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述一種相變散熱裝置，其特征在于:基體側(cè)面的開口為腰型槽開口，腰型槽開口的寬度不低于4mm。
[0012]所述一種相變散熱裝置制造方法，其特征在于:采用以下步驟:
[0013]步驟1:采用數(shù)銑加工基體，蓋板和封裝塊；
[0014]步驟2:采用真空釬焊工藝，將基體與蓋板焊接為一體，其中基體的開槽一面為主焊接面，與蓋板的焊接搭接寬度不低于2mm，基體槽內(nèi)加強(qiáng)筋頂面為次焊接面，形成一個(gè)帶腰形槽開口的封閉空腔體；
[0015]步驟3:清洗封閉空腔體的內(nèi)外表面，并烘干；[0016]步驟4:將相變材料加熱至液態(tài)，采用真空灌注方式將液態(tài)相變材料從基體的腰形槽開口處注入到封閉空腔體中，灌注液態(tài)相變材料的容積量為封閉空腔體內(nèi)部體積的90% -95%之間，形成滿腔體；
[0017]步驟5:清洗滿腔體的側(cè)面腰形槽開口及附近區(qū)域，確保無相變材料殘留物；
[0018]步驟6:采用真空電子束焊接工藝，將步驟5處理后的滿腔體與步驟I中制備的封裝塊焊接接合，形成相變材料封裝體；
[0019]步驟7:清理相變材料封裝體外表面并鍍涂，得到相變散熱裝置成品。
[0020]有益效果
[0021]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，適用于各種安裝空間。2、熱容量大。其熱容量為傳統(tǒng)金屬熱沉的兩倍以上，可大大減緩電子設(shè)備的升溫速率，將單次可工作時(shí)間延長(zhǎng)。3、可靠性高。相比較傳統(tǒng)的風(fēng)冷或液冷散熱技術(shù)，減少了運(yùn)動(dòng)部件，消除了沖擊振動(dòng)對(duì)電子設(shè)備的影響，且降低了散熱器本身的故障率。4、密度低。相比于傳統(tǒng)的金屬熱沉，密度大大降低。5、制造流程清晰明了，各種工藝的成熟度高，產(chǎn)品制造合格率高。6、制造工藝保證相變裝置內(nèi)部無殘留氣體，有效防止了后期工作階段的熱膨脹問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1:相變散熱裝置組成圖；
[0024]圖2:相變散熱裝置基體結(jié)構(gòu)不意圖；
[0025]圖3:相變散熱裝置蓋板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖4:工藝方法流程圖；
[0027]圖5:實(shí)施例1示意圖；
[0028]圖6:實(shí)施例2示意圖；
[0029]圖7:對(duì)比測(cè)試溫度曲線圖。
[0030]其中:1 一基體；2—蓋板；3—相變材料；4一封裝塊；Ia—灌注口 ； Ib—基體加強(qiáng)筋；lc一次焊接面；ld—主焊接面；2a—蓋板加強(qiáng)筋；2b—連通孔；2c—主焊接面；2d—次焊接面。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明:
[0032]實(shí)施例1:
[0033]本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的相變散熱裝置，由基體，蓋板，相變材料和封裝塊組成。所述基體為一面開槽的殼體，相變散熱裝置的基體尺寸為154mm(長(zhǎng))X204mm(寬)X25mm(高)，槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱加強(qiáng)筋，將殼體內(nèi)部分割為多個(gè)子區(qū)域，其中導(dǎo)熱加強(qiáng)筋厚度為1_，間距為11mm，高度為15mm，導(dǎo)熱加強(qiáng)筋的高度低于基體外圍高度。導(dǎo)熱加強(qiáng)筋不但可以提高基體和蓋板之間的導(dǎo)熱性能，同時(shí)還可起增強(qiáng)殼體的抗膨脹與抗彎曲力學(xué)性能的作用。
[0034]所述蓋板為一面帶有加強(qiáng)筋的平板,蓋板厚度為1.5mm,其上加強(qiáng)筋厚度為Imm,高度為7mm，間距為11mm，蓋板上的加強(qiáng)筋與殼體槽內(nèi)的導(dǎo)熱加強(qiáng)筋位置對(duì)應(yīng)。蓋板上的加強(qiáng)筋也起到增強(qiáng)蓋板的抗膨脹力學(xué)性能的作用。蓋板加強(qiáng)筋上設(shè)置有各向連通孔，連通孔位置和數(shù)目保證將蓋板加強(qiáng)筋所分割的各子區(qū)域相互連通，且孔徑不超過1mm。
[0035]基體側(cè)面設(shè)置有腰型槽開口，用于灌注相變材料。灌封口腰型槽寬度8mm，深度為2_。封裝塊與腰型槽開口過盈配合。具體裝置圖如圖5所示。
[0036]本實(shí)施例中采用的相變材料為石蠟，熔點(diǎn)為60°C，潛熱值為175kJ/kg。
[0037]本實(shí)施例中相變散熱裝置制造方法，采用以下步驟:
[0038]步驟1:采用數(shù)銑加工基體，蓋板和封裝塊；
[0039]步驟2:采用真空釬焊工藝，將基體與蓋板焊接為一體，其中基體的開槽一面為主焊接面，與蓋板的焊接搭接寬度不低于2mm，基體槽內(nèi)加強(qiáng)筋頂面為次焊接面，形成一個(gè)帶腰形槽開口的封閉空腔體；焊接中需要將焊片處理成與焊接面形狀一致，保證不產(chǎn)生多余的焊料殘留；
[0040]步驟3:清洗封閉空腔體的內(nèi)外表面，并烘干；
[0041]步驟4:將相變材料加熱至液態(tài)，采用真空灌注方式將液態(tài)相變材料從基體的腰形槽開口處注入到封閉空腔體中，灌注液態(tài)相變材料的容積量為封閉空腔體內(nèi)部體積的90% -95%之間，形成滿腔體；
[0042]步驟5:清洗滿腔體的側(cè)面腰形槽開口及附近區(qū)域，確保無相變材料殘留物；
[0043]步驟6:采用真空電子束焊接工藝，將步驟5處理后的滿腔體與步驟I中制備的封裝塊焊接接合，形成相變材料封裝體；
[0044]步驟7:清理相變材料封裝體外表面并鍍涂，得到相變散熱裝置成品。
[0045]對(duì)本實(shí)施例得到的相變散熱裝置進(jìn)行了應(yīng)用對(duì)比測(cè)試:應(yīng)用環(huán)境如下:
[0046]某電子器件熱功率:50W ;工作環(huán)境溫度:+ 27V ;該電子器件的長(zhǎng)壽命可靠工作要求其最高殼溫低于+80°C。對(duì)比測(cè)試了電子器件無熱沉工作、采用實(shí)心鋁塊熱沉散熱、采用相變散熱裝置散熱等三種不同方案下電子器件的散熱效果。
[0047]通過對(duì)比測(cè)試，得到溫度曲線圖如圖7所示，及結(jié)果對(duì)比下表:
[0048]
【權(quán)利要求】
1.一種相變散熱裝置，其特征在于:由基體，蓋板，相變材料和封裝塊組成；所述基體為一面開槽的殼體，槽內(nèi)設(shè)置有導(dǎo)熱加強(qiáng)筋，將殼體內(nèi)部分割為多個(gè)子區(qū)域，導(dǎo)熱加強(qiáng)筋的高度低于基體外圍高度；基體側(cè)面設(shè)置有開口，用于灌注相變材料；基體的開槽一面為主焊接面，與蓋板的焊接搭接寬度不低于2mm，基體槽內(nèi)加強(qiáng)筋頂面為次焊接面；所述蓋板為一面帶有加強(qiáng)筋的平板，蓋板上的加強(qiáng)筋與殼體槽內(nèi)的導(dǎo)熱加強(qiáng)筋位置對(duì)應(yīng)；蓋板加強(qiáng)筋上設(shè)置有各向連通孔，將蓋板加強(qiáng)筋所分割的各子區(qū)域相互連通；封裝塊與基體側(cè)面的開口過盈配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種相變散熱裝置，其特征在于:相變材料采用熔點(diǎn)在300C _120°C之間物性穩(wěn)定的低溫相變材料，潛熱值大于150kJ/kg，密度小于lg/cm3，無毒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種相變散熱裝置，其特征在于:蓋板加強(qiáng)筋上的各向連通孔的孔徑不超過1mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種相變散熱裝置，其特征在于:基體側(cè)面的開口為腰型槽開口，腰型槽開口的寬度不低于4mm。
5.一種相變散熱裝置制造方法，其特征在于:采用以下步驟: 步驟1:采用數(shù)銑加工基體，蓋板和封裝塊； 步驟2:采用真空釬焊工藝，將基體與蓋板焊接為一體，其中基體的開槽一面為主焊接面，與蓋板的焊接搭接寬度不低于2mm，基體槽內(nèi)加強(qiáng)筋頂面為次焊接面，形成一個(gè)帶腰形槽開口的封閉空腔體； 步驟3:清洗封閉空腔體的內(nèi)外表面，并烘干； 步驟4:將相變材料加熱至液態(tài)，采用真空灌注方式將液態(tài)相變材料從基體的腰形槽開口處注入到封閉空腔體中，灌注液態(tài)相變材料的容積量為封閉空腔體內(nèi)部體積的90% -95%之間，形成滿腔體； 步驟5:清洗滿腔體的側(cè)面腰形槽開口及附近區(qū)域，確保無相變材料殘留物； 步驟6:采用真空電子束焊接工藝，將步驟5處理后的滿腔體與步驟I中制備的封裝塊焊接接合，形成相變材料封裝體； 步驟7:清理相變材料封裝體外表面并鍍涂，得到相變散熱裝置成品。
【文檔編號(hào)】H05K7/20GK103997878SQ201410206204
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】劉芬芬, 尹本浩, 彭勃 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十九研究所