高性能電子器件散熱裝置的製作方法

2023-05-08 10:57:01 1

專利名稱：高性能電子器件散熱裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子器件的散熱冷卻裝置，特別涉及用於電子器件高熱 流密度條件下的高性能電子器件散熱裝置。
背景技術：
隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路技術的迅速發展和MEMS (Micro Electronic Mechanical System)技術的進步，使得單位容積電子器件的發 熱量和熱流密度大幅度增加，散熱裝置的布置和設計遇到的約束越來越多。 以微電子晶片的設計為例，目前一般已達(60 100)W/cm'2，最高達到200W/cm2 以上。常用傳統的散熱方式如風冷(強制對流)，由於其冷卻效率與風扇的速 度成正比。當熱流密度達到一定的數值時，這種冷卻方式顯得力不從心。流 行的散熱方式還包括水冷散熱、半導體製冷、熱管技術。針對電子器件功 率密度的繼續增大，中國專利99253842. 4提出了水冷技術，水冷的優點是冷 卻效果突出，但是水冷系統的結構非常複雜，按照冷卻要求，其水筒的容量 至少在20升以上，並且它本身還有致命的缺點-安全問題， 一旦水冷系統出 現洩露，將會導致計算機損壞。由於相變換熱的方式傳熱效率很高，利用相 變換熱技術對CPU進行冷卻的產品也已經出現，如CPL散熱裝置，CPL是一
種利用工質的相變潛熱傳遞熱量的裝置，它具有傳遞熱量大，控溫精度高、 能耗低以及等溫性好的特點，是電子器件冷卻的理想系統，蒸發器是CPL系 統中的一個重要部件。目前，用於CPL系統的蒸發器主要是管式蒸發器，管 式蒸發器的缺點之一是為了將管式蒸發器用於散熱，必須附加一個冷板， 將冷板與負荷表面相接觸，以達到散熱的目的，但採取這種傳熱方式增加了 熱阻，降低了系統的傳熱效率。另外，管式蒸發器所採用的毛細芯， 一般都 是將粉末燒結形成多孔結構後再與管子內表面粘結在一起。這就造成在管子 內表面與毛細芯之間存在附加熱阻，影響熱量的傳遞。
中國專利03137561. 8提出一種新型的冷卻技術利用微型製冷系統對計 算機CPU進行冷卻，該技術具有可對CPU進行主動降溫冷卻，具有結構緊湊、 可靠性高、操作簡單的特點。但是該技術造價高、系統複雜。
實用新型內容
本實用新型的目的是提出一種傳熱效率高、無需泵等外加動力源，適用 於高熱流密度電子器件冷卻的微型被動換熱裝置。
為了實現上述目的，本實用新型採取了如下技術方案。包括有蒸發器、 冷凝器和軟塑料毛細管，蒸發器、軟塑料毛細管和冷凝器串連成單向循環回 路。蒸發器的毛細芯為組合毛細芯，所述的組合毛細芯包括有依次固定在基 板6上的內層毛細芯7和外層毛細芯8，且內層毛細芯7的孔徑大於外層毛細 芯8的孔徑。
所述的組合毛細芯為多層金屬絲網組合而成，其中毛細芯的內層絲網 的孔徑大於15nm，外層絲網的孔徑範圍為5, 10,。
所述的連接蒸發器1和冷凝器2的迴路上設有微止回閥5。
所述的冷凝器2為自然空冷式或強制空冷式冷凝器。
本實用新型微型換熱裝置的工作原理和過程如下起始時，在整個裝置 內充入一定量的液體工質。高熱流密度電子元件通過矽膠與毛細蒸發器的受 熱面緊密貼和，蒸發器內的液體工質在毛細力的作用下上升，熱量通過毛細 芯的導熱到達汽-液界面，在汽-液界面處液體開始蒸發，蒸氣流入蒸發器的 空腔，增加毛細芯的壓頭，降低其流動阻力可以增加蒸發器傳遞熱量的能力、 降低熱過頭效應。本裝置採用了多層毛細芯(內層採用網孔尺寸較大的絲網， 外層採用網孔尺寸較小的絲網)，這樣蒸發器在工作時，內層毛細芯孔徑較大， 液態工質流動阻力小，以降低蒸發器的壓力損失，從而提高蒸發器的傳熱能 力。毛細芯與板之間採用真空熱處理技術，使之成為一個整體，消除毛細芯 與基板之間的基礎熱阻力，改善熱過頭效應，增加了毛細芯蒸發器的傳熱能 力。蒸發器中的蒸氣通過連接管路進入冷凝器，冷凝後的液體在管路所提供
壓頭的作用下進入蒸發器，重新進入下一個新的循環過程。既蒸發器液體蒸 發-蒸氣進入冷凝器-冷凝後的液體再次進入蒸發器，這樣，工質在周而復始 的循環過程中，將發熱電子器件散失的熱量不斷帶走。 本實用新型的有益效果
1) 由於本實用新型採用了多層絲網毛細芯，可以在提高毛細驅動力的同
時降低其流動阻力；
2) 基板換熱面為平面，用於電子設備散熱時，無需另外附加冷板，消除 了一般CPL系統中由於附加冷板而增加的附加熱阻。
3) 本散熱裝置可以對高熱流密度電子器件進行即時充分的冷卻，從而滿 足高性能計算機晶片、高能雷射器及其他電子器件的散熱要求。


圖1本實用新型的結構示意圖
圖2(a)為毛細芯蒸發麵的示意圖
圖2(b)為圖2 (a)的A-A剖示圖
圖3蒸發器結構的示意圖
圖4冷凝器的結構示意圖
圖中1、毛細芯蒸發器，2、冷凝器，3、毛細管，4、電子器件，5、 微截止閥，6、基板，7、內層毛細芯，8、外層毛細芯。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
本實用新型微型換熱裝置組成結構如圖1所示，主要包括毛細芯蒸發器1、 冷凝器2及軟塑料毛細管3，通過軟塑料毛細管3按冷凝器2、毛細蒸發器l 的順序串聯形成單向循環迴路，在軟塑料毛細管路上設有微截止閥5，在組合 毛細芯的作用下，使充於迴路中的液體工質在迴路中循環。
本實用新型毛細芯蒸發器的布置形式如圖2所示，蒸發器1的蒸發麵由 金屬板和多層金屬絲網通過熱處理的方法處理為一個整體，這樣可以有效減
少金屬板與絲網之間的接觸熱阻。組成毛細芯的內層絲網的孔徑範圍為15pm 以上，外層絲網的孔徑範圍為5, 10,。組合毛細芯可增強液體的毛細抽 吸力，降低其流動阻力，從而增強蒸發器的傳熱能力。本實施例中的絲網為 多層金屬絲網。
圖4所示為冷凝器的結構，由於換熱而產生的蒸汽將通過管路進入冷凝器 內的空腔內部，在冷凝器的上布置有散熱片，散熱片可通過自然對流的方式 散熱來冷卻工質，還可在散熱片的上部安裝有風扇，風扇通過強制對流的散 熱方式使冷凝器的蒸氣凝結為液體，重新進入管路循環。在本實用新型電子 器件散熱裝置中，冷凝器用來冷卻毛細芯蒸發器內液體工質的蒸發所產生的 蒸氣。本實施例中的冷凝器為自然空冷式或強制空冷式冷凝器。
本實用新型電子散熱裝置與高熱流密度電子器件的之間通過導熱矽脂緊 密貼合，當電子器件開始工作時。散熱裝置開始工作，迴路中的液體在毛細 蒸發器內受熱蒸發變為蒸氣，蒸汽在通過迴路中的蒸汽段回至冷凝器的內部， 冷凝器通過布置於其散熱片上部的風扇的強制對流進行散熱。最後蒸氣凝結 於冷凝器中。隨之，另一循環過程開始。
權利要求1、高性能電子器件散熱裝置，包括有蒸發器、冷凝器(2)和軟塑料毛細管(3)，蒸發器、軟塑料毛細管(3)和冷凝器(2)串連成單向循環迴路；其特徵在於蒸發器的毛細芯為組合毛細芯，所述的組合毛細芯包括有依次固定在基板(6)上的內層毛細芯(7)和外層毛細芯(8)，且內層毛細芯(7)的孔徑大於外層毛細芯(8)的孔徑。
2、 根據權利要求l所述的高性能電子器件散熱裝置，其特徵在於所述的組合毛細芯為多層金屬絲網組合而成，其中毛細芯的內層絲網的孔徑大於 15pm，外層絲網的孔徑範圍為5, 10,。
3、 根據權利要求1或權利要求2所述的高性能電子器件散熱裝置，其特徵在 於所述連接蒸發器(1)和冷凝器(2)的迴路上設有微止回閥(5)。
4、 根據權利要求1或權利要求2所述的高性能電子器件散熱裝置，其特徵在 於所述的冷凝器(2)為自然空冷式或強制空冷式冷凝器。
專利摘要本實用新型涉及電子器件的散熱冷卻裝置，特別涉及用於電子器件高熱流密度條件下的高性能電子器件散熱裝置。本裝置包括有蒸發器、冷凝器(2)和軟塑料毛細管(3)，蒸發器、軟塑料毛細管(3)和冷凝器(2)串連成單向循環迴路。蒸發器的毛細芯為固定在基板(6)上的組合毛細芯，包括有內外兩層，且內層毛細芯的孔徑較大，外層毛細芯的孔徑較小。本散熱裝置可以對高熱流密度電子器件進行即時充分的冷卻，從而滿足高性能計算機晶片、高能雷射器及其他電子器件的散熱要求。
文檔編號H05K7/20GK201210781SQ200820079899
公開日2009年3月18日 申請日期2008年4月11日 優先權日2008年4月11日
發明者於雯靜, 刁彥華, 櫻 王, 趙耀華 申請人:北京工業大學