專利名稱：槽道式平板熱管均熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種槽道式平板熱管均熱器，可被應(yīng)用于電子器件散熱 裝置中。
技術(shù)背景電子芯片小型化與高發(fā)熱量的趨勢(shì)，使電子設(shè)備的散熱凸現(xiàn)出以下幾個(gè) 顯著特點(diǎn)(l)局部熱流密度非常大，熱量容易在局部發(fā)生聚集，導(dǎo)致局部溫 度過(guò)高。(2)熱流密度分布不均勻，高熱流密度通常僅僅局限在很小的空間范 圍內(nèi)。(3)在電子設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中，容易出現(xiàn)瞬時(shí)功率"飆升"，燒壞電子設(shè)備。(4)需要散失的總熱流量并不是很大。所以，解決電子設(shè)備冷卻的關(guān)鍵是如何減小過(guò)高的局部熱流密度，防止出現(xiàn)熱點(diǎn)而導(dǎo)致設(shè)備故障。為了增強(qiáng)散 熱效果， 一般都會(huì)在電子芯片上加裝一個(gè)比芯片體積大得多的熱沉。這樣很 容易在芯片表面產(chǎn)生熱點(diǎn)。而且使熱沉具有較大的擴(kuò)散熱阻，內(nèi)部截面上的 熱流密度分布非常不均勻，熱沉的散熱效果受到了一定的影響?，F(xiàn)在為了防止電子芯片內(nèi)部由于熱量聚積而產(chǎn)生熱點(diǎn)的基本手段仍是在 芯片表面貼附具有高導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)心純銅板均熱器，將電子芯片內(nèi)部產(chǎn)生的 熱量以熱傳導(dǎo)的方式引出到散熱器翅片上，再借翅片與其周圍空氣的對(duì)流作 用將熱量傳入氣流中帶走(如圖l所示)。實(shí)心純銅板均熱器在一定程度上能 起到使熱流量分布均勻，消除熱點(diǎn)的作用。但是由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)有限，其 均熱效果并不是非常明顯。如果釆用鉆石之類的超導(dǎo)熱材料制造均熱器，其 昂貴的價(jià)格將使其難以普及到實(shí)際應(yīng)用中。因此提出了平板熱管式均熱器。平板熱管式均熱器能最大限度的使熱流密度趨于均勻，這是因?yàn)槠淅?了熱管高效導(dǎo)熱的原理。熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將 大量熱量通過(guò)很小的截面積進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。熱管的一端
為蒸發(fā)段，另一端為冷凝段。當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化， 蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠 毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)往復(fù)，熱量由熱管的一端傳至另一端。 傳統(tǒng)的熱管呈管狀，依據(jù)熱管內(nèi)部毛細(xì)結(jié)構(gòu)的不同可以分為絲網(wǎng)熱管，槽 道熱管和燒結(jié)熱管。平板熱管均熱器是一種異型熱管，它的冷凝段和蒸發(fā)段 被兩個(gè)平面(蒸發(fā)面和冷凝面)所代替，又叫做扁平熱管。在這種熱管中， 在垂直于熱流方向上的尺寸較大，但在平行于熱流方向上的尺寸很小。蒸發(fā) 面與冷凝面之間的距離一般只有幾毫米。正是由于平板熱管這種特殊的形狀， 給平板熱管的制作加工以及內(nèi)部毛細(xì)回路的布置帶來(lái)了困難(1)蒸發(fā)面和 冷凝面的面積較大，容易在抽真空、燒結(jié)和焊接過(guò)程中產(chǎn)生變形，必須靠增 加壁厚和內(nèi)部支撐來(lái)保持熱管的形狀。(2)為了減小散熱器的體積和重量，一般均熱器整體厚度為4 mm。內(nèi)部腔體高度只有1至2 mm。如此狹小的空間 給傳統(tǒng)毛細(xì)結(jié)構(gòu)回路的布置帶來(lái)了困難，沒有足夠的毛細(xì)壓力會(huì)使平板熱管 在反重力條件下失效。(3)紫銅本身具有較強(qiáng)的熱傳導(dǎo)能力。平板熱管厚度 為4mm時(shí)，與同尺寸紫銅板相比，相變熱傳導(dǎo)軸向?qū)崮芰Φ膬?yōu)勢(shì)己經(jīng)不是 十分明顯。其優(yōu)勢(shì)在于徑向熱傳導(dǎo)，也就是具有很好的均熱效果。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型旨在解決平板熱管均熱器加工過(guò)程中壁面易產(chǎn)生變形、毛細(xì) 結(jié)構(gòu)很難形成回路以及軸向熱阻較大等缺點(diǎn)。提出一種槽道式平板熱管均熱 器。本實(shí)用新型能使均熱器具有較強(qiáng)的軸向和徑向?qū)崮芰?，并且能在反?力條件下工作。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案參見圖2。槽道式平板熱管均熱器由上蓋板 4和下底板9焊接而成。上蓋板4側(cè)面留有充液孔5。在下底板9的凸出平臺(tái) 上加工出多條輾射狀的矩形槽道8。槽道8的深度與凸出平臺(tái)的高度相同，寬 度小于0.5nim。下底板9的凸出平臺(tái)頂部與上蓋板4底部相接觸，凸出平臺(tái) 的側(cè)面與平板熱管側(cè)壁之間留有蓄液通道10。槽道8與凸出平臺(tái)內(nèi)的沸騰池 7和側(cè)面的蓄液通道10相通。沸騰池7的位置應(yīng)與電子芯片與均熱板的接觸 位置相對(duì)應(yīng)。熱管工作時(shí)，工質(zhì)在沸騰池7和距熱源較近的槽道8內(nèi)沸騰。 產(chǎn)生的蒸汽順著槽道運(yùn)動(dòng)到上蓋板4的底部，并發(fā)生凝結(jié)，放出熱量。凝結(jié) 出的液體在槽道毛細(xì)力的作用下，返回沸騰池7附近再次沸騰，完成工質(zhì)的 相變循環(huán)過(guò)程。如果充入的工質(zhì)較多，多余的工質(zhì)會(huì)被蒸汽的推動(dòng)力排入蓄 液通道10內(nèi)，這樣多于的液體就不會(huì)對(duì)工質(zhì)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻礙。當(dāng)熱源的 散熱功率加大時(shí)，熱管需要更多的工質(zhì)來(lái)維持循環(huán)時(shí)，毛細(xì)力的作用會(huì)重新 將工質(zhì)從蓄液通道10吸回槽道內(nèi)。槽道8與沸騰池7相連通的呈鋸齒型的端 部以及槽道本身都具強(qiáng)化沸騰的作用，因此可以極大地提高沸騰換熱效率。 輻射狀的多槽道設(shè)計(jì)將較大的熱管蒸汽腔用大量的槽道代替，增強(qiáng)了毛細(xì)力 的作用，使工質(zhì)的相變循環(huán)運(yùn)動(dòng)更加順暢，從而使平板熱管可以在反重力條 件下工作。毛細(xì)結(jié)構(gòu)與熱管下底板的一體化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了平板熱管形狀的穩(wěn) 定性，使平板熱管可以做的更薄。凸出平臺(tái)與上蓋板底面相接觸，不但起到 了支撐作用，還強(qiáng)化了平板熱管的軸向?qū)帷４司鶡岚逵上碌装搴蜕仙w板直 接焊接而成，省去了燒結(jié)、布置絲網(wǎng)等繁瑣的加工過(guò)程，有利于磨具成型批 量生產(chǎn)的實(shí)行，具有廣闊的應(yīng)用前景。 本實(shí)用新型的有益效果1. 毛細(xì)結(jié)構(gòu)與熱管下底板的一體化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了平板熱管形狀的穩(wěn)定性， 使平板熱管可以做的更薄。2. 輻射狀的多槽道設(shè)計(jì)增強(qiáng)了毛細(xì)力的作用，使工質(zhì)的相變循環(huán)運(yùn)動(dòng)更 加順暢，從而使平板熱管可以在反重力條件下工作。3. 凸出平臺(tái)與上蓋板底面相接觸，不但起到了支撐作用，還強(qiáng)化了平板 熱管的軸向?qū)帷?200720103936.2說(shuō)明書第4/5頁(yè)4. 槽道與沸騰池相連通的呈鋸齒型的端部以及槽道本身都具強(qiáng)化沸騰的 作用，因此可以極大地提高均熱器的性能。5. 蓄液通道可以將多余的工質(zhì)進(jìn)行儲(chǔ)存，使之不會(huì)對(duì)工質(zhì)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)產(chǎn) 生阻礙。


圖l:均熱器的應(yīng)用方式；圖2:圓盤型槽道式平板熱管均熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3:具有更強(qiáng)換熱效果的槽道布置示意圖；圖4:熱源位于中心的矩型槽道式平板熱管均熱器槽道布置示意圖； 圖5:熱源不位于中心的矩型槽道式平板熱管均熱器槽道布置示意圖； 圖1 圖5中標(biāo)號(hào)為l.翅片熱沉，2.均熱器，3.電子芯片，4.上蓋板，5.充液孔，6.焊縫，7.沸騰池，8.槽道，9.下底板，IO.蓄液通道，ll.環(huán)形槽道，12.主體槽道，13.外圈槽道。
具體實(shí)施方式
在實(shí)際應(yīng)用中，本實(shí)用新型的上蓋板4和下底板9的外形與翅片熱沉1 的下底面形狀相同，即槽道式平板熱管均熱器的具體形狀應(yīng)該與翅片熱沉1 的下底面形狀相同。具體可分為圓盤形和矩形兩種。平板熱管均熱器內(nèi)部沸 騰池7的位置也應(yīng)該與電子芯片3的安裝位置相對(duì)應(yīng)。沸騰池7的大小尺寸 應(yīng)該小于電子芯片3的尺寸。
以下結(jié)合附圖具體說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例當(dāng)量直徑為20 ram的電子芯片位于均熱器中心時(shí)，圓盤形槽道式平板熱 管均熱器的具體結(jié)構(gòu)可參見圖2。槽道式平板熱管均熱器的壁厚為1 mm，下 底板9上的凸出平臺(tái)高為2 mm,因此整個(gè)槽道式平板熱管均熱器的厚度只有 4ram。均熱器的截面直徑與翅片熱沉l下底面相同。下底板9上的凸出平臺(tái)側(cè)面與熱管壁面之間留有寬度為1.5mm的環(huán)形蓄液通道10。凸出平臺(tái)中心有 直徑為10 mm的沸騰7池。槽道8寬0. 2 mm，呈輻射狀對(duì)稱排列，相鄰槽道 之間的夾角為3。。為了加強(qiáng)換熱效果，可以采用具有更強(qiáng)換熱效果的槽道排 列形式如圖3所示。這種設(shè)計(jì)使凸出平臺(tái)外圈的槽道加密，并通過(guò)一條環(huán)形 槽道11將外圈槽道13與主體槽道12連接起來(lái)，使平板熱管具有更好的均熱 效果。矩形槽遒式平板熱管均熱器的槽道布置結(jié)構(gòu)如圖4和圖5所示。分別為 電子芯片位于均熱器中心點(diǎn)和為于非中心點(diǎn)兩種情況。
權(quán)利要求1、 槽道式平板熱管均熱器，包括上蓋板(4)，下底板(9)，充液孔(5);其 中，上蓋板(4)與下底板(9)連接，充液孔(5)位于上蓋板(4)的側(cè) 面，其特征在于所述的下底板(9)上設(shè)置有與底板成一體的凸出平臺(tái)， 凸出平臺(tái)上布置有多條輻射狀的槽道(8)，槽道(8)之間通過(guò)凸出平臺(tái) 內(nèi)的沸騰池(7)相連通，凸出平臺(tái)頂部與上蓋板(4)的底部相接觸。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的槽道式平板熱管均熱器，其特征在于所述的凸出 平臺(tái)的側(cè)面與上蓋板(4)的側(cè)壁之間留有與槽道(8)相通的蓄液通道(10)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的槽道式平板熱管均熱器，其特征在于所述的槽道(8)的橫截面為矩形，槽道(8)的深度與凸出平臺(tái)的高度相同，寬度小 于0. 5mm0
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的槽道式平板熱管均熱器，其特征在于所述的沸騰 池(7)的位置與電子芯片的安裝位置相對(duì)應(yīng)，沸騰池(7)的尺寸小于電 子芯片(3)的尺寸。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的槽道式平板熱管均熱器，其特征在于: 所述的輻射狀槽道(8)的外圈槽道(13)為加密槽道，并通過(guò)一條環(huán)形 槽道(11)將外圈槽道(13)與主體槽道(12)連接起來(lái)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的槽道式平板熱管均熱器，其特征在于所述的 上蓋板(4)和下底板(9)的外形與翅片熱沉(1)的下底面形狀相同。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種槽道式平板熱管均熱器，可被應(yīng)用于電子器件散熱裝置中，起到均勻熱流分布的作用。本實(shí)用新型將輻射狀的多槽道結(jié)構(gòu)與熱管下底板進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了平板熱管形狀的穩(wěn)定性，使平板熱管可以做的更薄。槽道與沸騰池相連通的呈鋸齒型的端部以及槽道的強(qiáng)化沸騰作用，可以極大地提高沸騰換熱效率。輻射狀的多槽道設(shè)計(jì)增強(qiáng)了毛細(xì)力的作用，從而使平板熱管可以在反重力條件下工作。凸出平臺(tái)與上蓋板底面相接觸，不但起到了支撐作用，還強(qiáng)化了平板熱管的軸向?qū)?。此均熱板由下底板和上蓋板直接焊接而成，有利于磨具成型批量生產(chǎn)的實(shí)行，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)H05K7/20GK201039646SQ20072010393
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者劉中良, 明 張 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)