一種複合吸液芯式異形熱管散熱器的製作方法

2023-12-02 23:06:16

本發明涉及一種散熱器，具體涉及一種複合吸液芯式異形熱管散熱器。

背景技術：

隨著大功率電子器件的出現和超高集成度電子元器件向高速、高頻和高功率化方向發展，電子器件的發熱量越來越大，熱流密度和表面溫度越來越高，影響了器件的可靠性和使用壽命，對散熱提出了更高的要求。現有相變散熱器工質液化後回流速度慢，不能滿足目前的散熱需求，且現有散熱器風阻過大，散熱效率低。

技術實現要素：

本發明針對以上問題的提出，而研究設計一種複合吸液芯式異形熱管散熱器。本發明採用的技術手段如下：

一種複合吸液芯式異形熱管散熱器，包括基板、異形熱管和設置於熱管外側的散熱翅片，所述基板內部設有蒸發腔，所述熱管包括截面為異形的熱管主體，所述熱管主體的內壁上設有溝槽，相鄰溝槽之間形成凸起，所述熱管主體的內壁上鋪設有茸狀翅纖維層Ⅰ，所述茸狀翅纖維Ⅰ為表面上具有不規則凸起和/或凹坑並且具有茸狀翅片結構的金屬纖維，所述熱管的內部空間與蒸發腔連通，且所述熱管的內部空間與蒸發腔共同形成密閉的相變換熱腔。

進一步地，所述蒸發腔的內壁上鋪設有茸狀翅纖維層Ⅱ，所述茸狀翅纖維Ⅱ為表面上具有不規則凸起和/或凹坑並且具有茸狀翅片結構的金屬纖維。

進一步地，所述蒸發腔的頂部和底部之間設有支撐結構，所述支撐結構為支撐柱或支撐筋板，所述支撐結構的表面上鋪設有茸狀翅纖維層Ⅲ，所述茸狀翅纖維層Ⅰ與茸狀翅纖維層Ⅱ的孔隙相互連通，所述茸狀翅纖維層Ⅱ與茸狀翅纖維層Ⅲ的孔隙相互連通，所述茸狀翅纖維Ⅲ為表面上具有不規則凸起和/或凹坑並且具有茸狀翅片結構的金屬纖維。

進一步地，所述茸狀翅纖維層Ⅰ、茸狀翅纖維層Ⅱ和茸狀翅纖維層Ⅲ分別定向鋪設或雜亂鋪設於熱管主體的內壁、蒸發腔的內壁以及支撐結構的外壁上，所述茸狀翅纖維層Ⅰ、茸狀翅纖維層Ⅱ和茸狀翅纖維層Ⅲ分別燒結於其所依附的壁面上，在茸狀翅纖維之間以及茸狀翅纖維與其所依附的壁面之間形成燒結頸。

進一步地，所述茸狀翅纖維層Ⅰ為定向鋪設，鋪設方向為平行於熱管軸向或與熱管軸向呈一定角度，所述溝槽為平行於熱管軸向或與熱管軸向呈一定角度的縱向凹槽。

進一步地，所述茸狀翅纖維層的纖維直徑為100～200μm，所述茸狀翅纖維層的孔隙率為60％～90％，所述溝槽的寬度為0.1～0.2㎜，所述溝槽的深度為0.2～0.3㎜。

進一步地，所述茸狀翅纖維層的纖維直徑為150μm，所述溝槽的寬度小於或等於茸狀翅纖維層的纖維直徑。

進一步地，所述熱管主體的內壁周向上的溝槽數量為30～70，所述溝槽由犁切-擠壓成形法製成。

進一步地，所述熱管的截面為橢圓形、矩形或扁圓形，所述散熱翅片為板片狀翅片，所述散熱翅片上設有與熱管外部輪廓相匹配的通孔，所述通孔套於所述熱管上並通過脹管工藝固定在熱管上。

進一步地，所述基板上設有與蒸發腔連通的工質灌注口。

與現有技術比較，本發明所述的複合吸液芯式異形熱管散熱器具有以下優點：

1、蒸發腔內部燒結茸狀翅纖維層，能夠保證回流工質快速充滿蒸發腔內部，使蒸發腔中的工質均勻分布，以避免蒸發腔局部溫度過高；

2、蒸發腔內部均勻分布的支撐柱或支撐筋板結構，連接蒸發腔的上下表面，以避免抽真空、灌注工質過程中蒸發腔的凹陷，或者散熱器在工作過程中受力發生變形；另外，支撐柱或支撐筋板表面的輔助茸狀翅纖維層Ⅲ可以加快液態工質從蒸發腔的頂部回流至底部，使液態工質快速均勻分布於蒸發腔內；

3、熱管內部的茸狀翅纖維層和溝槽組成的複合式吸液芯可以加快汽態工質的快速冷凝和液態工質的快速回流，有效增強了熱管的傳熱性能，彌補了溝槽式熱管極限功率較低的不足；同時克服了銅粉燒結式吸液芯重量較重、使用過程中銅粉會因振動出現脫落現象，提高了產品可靠性；

4、散熱翅片套裝在熱管上，增大散熱表面積，提高散熱效率；

5、熱管截面形狀異形化，能有效減小氣流通過散熱器散熱翅片及異形熱管管束時的風阻，提高散熱效率。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖3是本發明實施例所述的異形熱管的剖面示意圖。

圖4是本發明實施例所述的茸狀翅纖維的掃描電鏡圖。

圖5是圖4的A處放大5倍的掃描電鏡圖。

具體實施方式

如圖1至圖3所示，一種複合吸液芯式異形熱管散熱器，包括基板1、異形熱管5和設置於熱管5外側的散熱翅片6，所述基板1內部設有蒸發腔3，則基板1的下表面為吸熱面，也就是熱源模塊安裝面，所述熱管5包括截面為異形的熱管主體11，所述熱管主體11的內壁上設有溝槽12，相鄰溝槽12之間形成凸起，所述熱管主體11的內壁上鋪設有茸狀翅纖維層Ⅰ13，所述熱管5的內部空間與蒸發腔3連通，且所述熱管5的內部空間與蒸發腔3共同形成密閉的相變換熱腔。異形熱管指截面為非圓形的熱管。

如圖4和圖5所示，所述茸狀翅纖維是用特製多齒刀具經切削法製成的表面粗糙的細絲狀體，因刀具前刀面與成型面的擠壓、摩擦，在纖維表面形成不規則的凸起或缺陷，以及大量的微小茸狀翅片結構，絲體細長連續且具有較高強度和一定韌性，其翅片結構高度為纖維當量直徑的5％～25％。

所述蒸發腔3的內壁上鋪設有茸狀翅纖維層Ⅱ9，茸狀翅纖維之間、茸狀翅纖維與蒸發腔3內壁之間形成燒結頸，共同構成多孔結構14。

所述蒸發腔3的頂部和底部之間設有支撐結構4，所述支撐結構4為支撐柱或支撐筋板，所述支撐結構4的表面上鋪設有茸狀翅纖維層Ⅲ7，所述茸狀翅纖維層Ⅰ13與茸狀翅纖維層Ⅱ9的孔隙相互連通，所述茸狀翅纖維層Ⅱ9與茸狀翅纖維層Ⅲ7的孔隙相互連通。本實施例中，基板1包括基板本體和基板上蓋2，支撐結構4設置於基板本體和基板上蓋2之間。

所述茸狀翅纖維層Ⅰ13燒結於熱管主體11的內壁上，茸狀翅纖維之間、茸狀翅纖維與壁面之間形成燒結頸，溝槽12與茸狀翅纖維層Ⅰ13共同構成複合吸液芯，將熱管冷凝段的液體工質運送回蒸發腔3，燒結過程在氫氣氣氛下進行，燒結溫度為850～900℃，以保持茸狀翅纖維表面的粗糙和微小翅片結構。茸狀翅纖維層Ⅰ13定向鋪設或雜亂鋪設於熱管主體11的內壁上。本實施例中，所述茸狀翅纖維層Ⅰ13為定向鋪設，鋪設方向為平行於熱管5軸向或與熱管5軸向呈一定角度，所述溝槽12為平行於熱管5軸向或與熱管5軸向呈一定角度的縱向凹槽，有效提高了茸狀翅纖維層Ⅰ13的滲透率，減小液體工質回流的阻力。所述茸狀翅纖維層的纖維直徑為100～200μm，根據不同的散熱要求，所述茸狀翅纖維層的孔隙率為60％～90％，所述溝槽12的寬度為0.1～0.2㎜，所述溝槽12的深度為0.2～0.3㎜。實驗測試驗證表明茸狀翅纖維的直徑為150um時毛細性能最佳，因此優選茸狀翅纖維層的纖維直徑為150μm。茸狀翅纖維層Ⅰ13的長度與溝槽的長度保持基本一致。所述熱管主體11的內壁周向上的溝槽12數量為30～70，所述溝槽12由犁切-擠壓成形法製成。本實施例中，所述溝槽12的截面為「V」形。溝槽12的寬度應和茸狀翅纖維直徑保持基本一致，或者略小於茸狀翅纖維層Ⅰ的纖維直徑，以避免茸狀翅纖維進入溝槽12內部造成堵塞。如圖4所示，茸狀翅纖維表面粗糙且具有微小翅片結構，所述茸狀翅纖維由多齒刀具切削法製作。

所述熱管5的截面為橢圓形、矩形或扁圓形，扁圓形為兩個圓弧和兩個線段連接成的類似跑道的結構。所述散熱翅片6為板片狀翅片，所述散熱翅片6上設有與熱管5外部輪廓相匹配的通孔，所述通孔套於所述熱管5上並通過脹管工藝固定在熱管5上。

所述基板1上設有與蒸發腔3連通的工質灌注口8。

使用時，將基板1的下表面，也就是熱源模塊安裝面塗抹導熱矽脂，然後與熱源模塊10緊密貼合，以減小接觸熱阻。熱源模塊10的熱量通過傳導至蒸發腔3，蒸發腔3內的液體工質受熱汽化，蒸汽汽體沿著熱管5的內腔向上運輸，蒸汽在熱管5的內部通過傳導將熱量傳遞給散熱翅片6後液化，釋放攜帶的熱量，液化後的工質在重力和複合吸液芯毛細力的共同作用下回流到蒸發腔3。此過程不斷循環進行，將熱源模塊的熱量運輸到大氣當中。通過使用茸狀翅纖維複合溝槽式異形熱管，可以減小風阻，相對於翅片式圓形熱管散熱器，其散熱性能得到了進一步提高。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。