一種應用於毛細泵迴路的蒸發室的製作方法

2023-09-22 11:33:55

專利名稱：一種應用於毛細泵迴路的蒸發室的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於微電子設備散熱的毛細泵迴路，具體涉及應用於毛細泵迴路 的新型蒸發室。
背景技術：
微電子的迅猛發展不可避免地帶來了極高的熱流密度，如Pentium 4E 3.6GHz (Prescott CPU)熱流密度達到106 W/m2，如此高的熱流如不及時散出去，輕則導致晶片不 能正常工作，重則導致晶片燒毀。對於微電子的散熱問題人們最初想依靠提高風扇的功率 來實現，但事實證明風扇排熱已經達到了極限，並且提高風扇的功率必然會增大其噪音， 這是不符合微電子發展趨勢的。之後有人提出通過液體(比如水)的循環來實現換熱的水 冷法，其換熱效果有所提高，但由於水冷結構複雜，且需要電機來驅動液體循環，不適合 推廣。隨著熱管的出現，依靠液體相變傳熱展現出巨大的前景。熱管換熱效率要大大高於 前兩者，且體積小，符合微型化的要求。但單根熱管的傳熱仍然有限， 一個高性能的CPU 甚至需要16根熱管，並且熱管一般都為直線形，彎曲後傳熱性能會大打折扣，這使得熱 管在散熱問題裡又受形狀和空間的限制。毛細泵迴路(CPL)也是一種依靠相變原理工作的散熱器，儘管現階段CPL的結構 多種多樣，但一般都包括蒸發器、冷凝器、儲液室、蒸汽管、回流管五個組成部分。CPL 的傳熱原理與熱管相似，液體在蒸發器中受熱蒸發,蒸汽通過蒸汽管道後在冷凝器中液化， 液化的液體流回儲液室並滲透到蒸發器以補償蒸發掉的液體。由於CPL分別通過蒸汽管 和回流管來實現蒸汽流通和冷凝液流通，突破了限制熱管傳熱的瓶頸，傳導的熱流密度可 以比熱管高l一2個數量級，並且CPL通過採用柔性管做蒸氣管和回流管克服了熱管不便 彎曲的問題。加上同熱管一樣無需外加動力來驅動，CPL已受到微電子界和傳熱界的高 度關注。如何實現CPL內工質的定向穩定循環是CPL面臨的一個問題。 一種方案是採用單向 閥門來確保工質的單向穩定循環，但是安裝閥門引起結構複雜化與發展CPL的初衷不一 致。還有一種方案是尋找一種親水性好但是能有效阻斷蒸汽反向流動的薄膜，這種方法目前難以實現，於是提供一種既能實現CPL內部工質單向循環又能滿足微型化要求的簡易 結構是CPL發展的捷徑。更大限度地提高CPL傳導的熱流密度是CPL發展面臨的另一個 問題。提高CPL的傳熱效率可以從強化蒸發器蒸發和強化冷凝液回流兩個方面著手。提 供核態沸騰所需的核化點可以很好地促進液體沸騰蒸發，但是通過線切割、雷射切割或化 學刻蝕等微加工方法加工出的具有亞微結構的核化點不僅難度大而且成本高。另外尋求一 種親水性好、流通阻力低的毛細材料也是強化冷凝液回流急需解決的問題。實用新型內容本實用新型目的在於針對毛細泵迴路(CPL)克服現有的傳熱功率較低的現狀優化設 計了一個將蒸發器和儲液室二合一的蒸發室機構。針對限制毛細泵傳熱能力的瓶頸，本實 用新型提出的蒸發室一方面能夠強化液體工質蒸發氣化，另一方面能夠強化液體工質回 流。該腔室結構簡單、製造方便，採用該蒸發室的毛細泵無需機械傳動、傳熱性能好。本發明通過如下技術方案來實現一種應用於毛細泵迴路的蒸發室:被塗有隔熱材料的隔熱板分割為沸騰腔和吸液腔兩 個腔室，隔板底部設有未覆蓋的通道，用於工質從吸液腔流到沸騰腔；沸騰腔外側與外界 熱量相接觸，沸騰腔內的多片銅板豎直平行地焊接在蒸發室內壁面上，銅板上開有多條微 槽，微槽兩側間隔布有微刺，沸騰腔開有蒸汽出口；吸液腔內布滿金屬纖維燒結氈，吸液 腔開有液體回流口。為進一步是實現本實用新型的目的，所述微槽的深度為0.5 — lmm，寬度為0.3 — 0.7mm。所述微刺生長方向與銅板垂直，高度為0.2—0.5mm，間距為l一3mm。 所述金屬纖維燒結氈由當量直徑為50 — 100um、長度為150—250mm的金屬纖維經高 溫燒結後形成。所述金屬纖維燒結氈的製作材料為銅纖維、鋁纖維或鋼纖維。 所述隔板底部未覆蓋的通道高度為蒸發室內高度的30%-60%。 所述塗有隔熱層的隔板厚度不超過沸騰腔厚度的1/5。 所述吸液腔上的液體回流口開設在吸液腔外側上端。 相對於現有技術，本實用新型具有以下優點和有益效果1、本實用新型的蒸發室體積小、結構緊湊，無需機械動力，可以實現大熱量的傳遞， 特別適合在小面積區域高熱流密度的場合。2、 本實用新型提出在吸液腔應用金屬纖維燒結氈提高了液體工質的回流速度，從而 提高毛細泵迴路的傳熱功率。3、 本實用新型蒸發室的各個組成部分加工製作工藝簡單，整個腔室結構安裝拆卸方 便，易於維護保養。


圖l本實用新型蒸發室剖視圖； 圖2是本實用新型沸騰腔內帶微刺薄板排列示意圖； 圖3是本工作時工質在蒸發室內部的流向示意圖； 圖4是用於沸騰腔的帶微刺銅板結構示意圖；具體實施方式
以下通過實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，但本實用新型不僅限。於此實施例。如圖1所示，蒸發室被塗有隔熱材料KF520 (氧化鋁Al;O,)的隔熱板6分割為左右兩個腔室，隔板底部設有未覆蓋的通道，用於工質從左腔室流到右腔室，隔板底部未覆 蓋的通道高度為蒸發室內高度的30%-60%。右腔室為沸騰腔，將多片帶有微刺的銅板4 豎直平行地焊接在蒸發室3內壁面上，外界熱量通過該壁面傳到沸騰腔。左腔室為吸液腔， 腔內布滿銅纖維燒結氈5，燒結氈通過蒸發室蓋板7壓緊。沸騰腔頂部開有蒸汽出口，安 裝有蒸汽接頭2，與蒸汽管道l連接。吸液腔側邊開液體回流口，焊接有回流接頭8，與 液體工質回流管9連接。其中蒸汽管道1材質為軟橡膠，管內逕取(DIO，管道用保溫棉包 裹，用來預防蒸汽在該管道流通過程中遇冷液化引起管內回流。液體工質回流管9的材質 也採用軟橡膠管，管內逕取06，該管無保溫棉包裹。在吸液腔中應用的銅纖維燒結氈5也可以是其他金屬纖維燒結氈，如銅纖維、鋁纖維 或鋼纖維，可由當量直徑為50—100um長度為150—250mm的金屬纖維經高溫燒結後形 成。通過調整金屬纖維的當量直徑、燒結壓力以及燒結溫度和燒結時間可以製備出不同孔 隙率的金屬燒結氈。在本實用新型中，金屬纖維燒結氈的作用有二 一為其具有良好的親 水性，可以強化液體回流；二為其具有一定的流通阻力，可以防止蒸汽順著回流管溢出而 出現反循環現象。圖2為沸騰腔內帶微刺薄板排列俯視圖，薄板上有許多槽結構。薄板之間間隙為薄板本身厚度的1一3倍。圖3為工作時工質循環路線圖，液體工質經回流口，在銅纖維燒結氈的毛細力作用下迅速滲透到吸液腔的底部，通過隔板底部未覆蓋的通道流到沸騰腔。在沸騰腔內，液體工質受壁面傳來熱量的作用沸騰蒸發為氣體後由蒸汽出口 3流出。如圖4所示，採用刨削方法在銅板4上加工出微槽4一2，其中槽的深度為0.5 — lmm， 寬度為0.3—0.7mm。錐形微刺4一1位於微槽4一2的兩側邊，微刺高度為0.2—0.5mm、 間距為l一3mm。在沸騰腔中應用帶微刺薄金屬板一方面可以提供促進工質沸騰的沸騰核 化點，另一方面它相當於稽結構，能夠增大傳熱面積。這種帶微刺的薄金屬板可以採用導 熱性能好的金屬材料經過刨削加工製成，刨削時加工進給量要比刀具寬度略大，刨削深度 約為寬度的1/2，調整好後通過刨削的擠壓變形便能產生用作沸騰核化點的微刺。工作時，熱量通過沸騰腔側壁面和焊接在該壁面上帶微剌薄板傳到沸騰腔內，腔內液 體工質受熱氣化為蒸汽並順著蒸汽出口流到冷凝器。蒸汽在冷凝器中液化放熱後通過回流 管道流到吸液腔側邊的液體回流口，在金屬纖維燒結氈的毛細力的作用下，液體工質被吸 入並迅速充滿整個吸液腔。通過沸騰腔和吸液腔之間隔熱板未覆蓋的底部通道，液體工質 滲透到沸騰腔用來補償受熱蒸發掉的工質。如此循環，通過工質的相變實現蒸發室日和冷 凝器之間的熱量傳遞。
權利要求1、一種應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於該蒸發室由被塗有隔熱材料的隔熱板分割為沸騰腔和吸液腔兩個腔室，隔板底部設有未覆蓋的通道，用於工質從吸液腔流到沸騰腔；沸騰腔外側與外界熱量相接觸，沸騰腔內的多片銅板豎直平行地焊接在蒸發室內壁面上，銅板上開有多條微槽，微槽兩側間隔布有微刺，沸騰腔開有蒸汽出口；吸液腔內布滿金屬纖維燒結氈，吸液腔開有液體回流口。
2、 根據權利要求1所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述微槽的深度 為0.5 —lmm，寬度為0.3 —0.7mm。
3、 根據權利要求1或2所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述微刺生 長方向與銅板垂直，高度為0.2—0.5mm,間距為l一3mm。
4、 根據權利要求1所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述金屬纖維燒 結氈由當量直徑為50—100um、長度為150—250mm的金屬纖維經高溫燒結後形成。
5、 根據權利要求4所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述金屬纖維燒 結氈的製作材料為銅纖維、鋁纖維或鋼纖維。
6、 根據權利要求1所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述隔板底部未 覆蓋的通道高度為蒸發室內高度的30%-60%。
7、 根據權利要求1所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述塗有隔熱層 的隔板厚度不超過沸騰腔厚度的1/5。
8、 根據權利要求1所述應用於毛細泵迴路的蒸發室，其特徵在於，所述吸液腔上的 液體回流口開設在吸液腔外側上端。
專利摘要本實用新型公開了一種應用於毛細泵迴路的蒸發室。該蒸發室由被塗有隔熱材料的隔熱板分割為沸騰腔和吸液腔兩個腔室，隔板底部設有未覆蓋的通道，用於工質從吸液腔流到沸騰腔；沸騰腔外側與外界熱量相接觸，沸騰腔內的多片銅板豎直平行地焊接在蒸發室內壁面上，銅板上開有多條微槽，微槽兩側間隔布有微刺，沸騰腔開有蒸汽出口；吸液腔內布滿金屬纖維燒結氈，吸液腔開有液體回流口。該蒸發室具有尺寸小、結構緊湊的特點，無需機械動力，可以實現大熱量的傳遞，特別適合在小面積區域高熱流密度的場合。該蒸發室在吸液腔應用金屬纖維燒結氈提高了液體工質的回流速度，從而提高毛細泵迴路的傳熱功率。
文檔編號H01L23/34GK201123203SQ200720060049
公開日2008年9月24日 申請日期2007年11月23日 優先權日2007年11月23日
發明者萬珍平, 磊 吳, 勇 湯, 陸龍生 申請人:華南理工大學