散熱器基板及插片式散熱器的製作方法

2023-10-11 11:28:14

本實用新型熱傳導技術領域，特別是涉及一種散熱器基板及插片式散熱器。

背景技術：

由於電力電子技術的飛速發展，大功率元器件的集成度越來越高，功率密度也越來越大，工作時產生的熱量也越來越大。為了保證功率器件的正常工作，必須及時有效地將熱量散掉。因為若不能及時快速將功率器件產生的熱散除，會導致功率器件中的晶片溫度升高，輕則造成效能降低，縮短使用壽命，重則會導致功率器件的失效和晶片的燒毀炸管。因此解決大功率器件散熱問題一直是困擾大功率器件封裝廠商和使用廠商的核心問題之一。

目前市面上所有售的大功率器件的散熱都是立足於傳統的傳熱機制和相應的傳熱技術。在其全部傳熱路徑上的各種改良傳熱技術的努力(包括使用熱管、翅片、採用導熱性能優良的晶片基底材料等)仍很難突破晶片散熱的瓶頸，散熱問題更為突出。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種散熱器基板及插片式散熱器，用於解決現有技術中傳統散熱器件存在的散熱效率低、不能滿足散熱需求的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種散熱器基板，所述散熱器基板表面形成有凸臺，所述凸臺內設有溝槽，所述溝槽包括第一部分及位於所述第一部分下方且與所述第一部分相連接的第二部分，所述溝槽第一部分的寬度大於所述溝槽第二部分的寬度。

作為本實用新型的散熱器基板的一種優選方案，所述凸臺的長度方向與所述散熱器基板的長度方向一致，且所述凸臺的長度小於或等於所述散熱器基板的長度。

作為本實用新型的散熱器基板的一種優選方案，所述溝槽的長度方向與所述凸臺的長度方向一致，且所述溝槽的長度等於所述凸臺的長度。

作為本實用新型的散熱器基板的一種優選方案，所述溝槽的側壁與所述散熱器基板的表面相垂直。

作為本實用新型的散熱器基板的一種優選方案，所述凸臺與所述散熱器基板為一體化結構。

作為本實用新型的散熱器基板的一種優選方案，所述溝槽第二部分延伸至所述散熱器基板內部。

作為本實用新型的散熱器基板的一種優選方案，所述凸臺的數量為多個，多個所述凸臺在所述散熱器基板上呈平行間隔分布或呈輻射狀分布。

本實用新型還提供一種插片式散熱器，所述插片式散熱器包括：

如上述任一方案中所述的散熱器基板；

相變抑制傳熱板，所述相變抑制傳熱板的一邊為插入邊，所述相變抑制傳熱板通過所述插入邊插設於所述溝槽內；所述相變抑制傳熱板內形成有具有特定形狀的熱超導管路，所述熱超導管路為封閉管路，所述熱超導管路內填充有傳熱工質；

所述溝槽的深度大於所述相變抑制傳熱板的插入邊至與其最相鄰的所述熱超導管路之間的距離。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述相變抑制傳熱板為複合板式結構，所述相變抑制傳熱板為單面脹形態、雙面脹形態或雙面平形態。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述熱超導管路的形狀為六邊形蜂窩狀、縱橫交錯的網狀、首尾串聯的多個U形、菱形、三角形、圓環形、或其中任一種以上的任意組合。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述相變抑制傳熱板的邊緣為非管路部分，所述非管路部分插入至所述溝槽第二部分內；靠近所述相變抑制傳熱板的插入邊的部分所述熱超導管路位於所述溝槽第一部分內，位於所述溝槽第一部分內的所述熱超導管路包括第一直邊子管路及第二直邊子管路，所述第一直邊子管路長度方向與所述相變抑制傳熱板的插入邊的長度方向一致，所述第二直邊子管路與所述第一直邊子管路垂直連接。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述相變抑制傳熱板與所述凸臺之間填充有導熱膠。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述散熱器基板與所述相變抑制傳熱板通過壓合工藝、導熱膠粘結工藝、攪拌摩擦焊工藝、釺焊焊接工藝、壓合與導熱膠粘結結合工藝、壓合與攪拌摩擦焊結合工藝或壓合與釺焊焊接結合工藝固定在一起。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述散熱器基板沿所述相變抑制傳熱板的插入邊長度方向的尺寸小於或等於所述相變抑制傳熱板的插入邊的長度。

作為本實用新型的插片式散熱器的一種優選方案，所述相變抑制傳熱板上熱超導管路之間的區域設有通風孔。

如上所述，本實用新型的散熱器基板及插片式散熱器，具有以下有益效果：

通過在散熱器基板表面設置凸臺，並在凸臺內設置具有不同寬度的溝槽，相變抑制傳熱板插入所述溝槽內後，非管路部分位於溝槽寬度較窄的部分，熱超導管路位於溝槽寬度較寬的部分，且在相變抑制傳熱板與散熱器基板之間填充導熱膠，大大減小了相變抑制傳熱板與散熱器基板之間的熱阻，提高了插片式散熱器的散熱性能；

採用相變抑制傳熱板代替現有技術中的常規散熱片，使得本實用新型的插片式散熱器導熱快、翅片效率高(高達90％以上)、翅片效率幾乎不隨相變抑制傳熱板的高度而變化、相變抑制傳熱板的高度不受限制；

本實用新型的插片式散熱器製造方便靈活，成本低，散熱能力大，重量輕、體積小，可替代熱管散熱器和部分水冷散熱器，尤其適合大功率高熱流密度的電子器件散熱需求，具有廣闊的市場前景和巨大的經濟價值。

附圖說明

圖1顯示為本實用新型實施例一中提供的散熱器基板的截面結構示意圖。

圖2顯示為本實用新型實施例二中提供的插片式散熱器的截面結構示意圖。

圖3顯示為本實用新型實施例二中提供的插片式散熱器中的相變抑制傳熱板的管路部分局部截面放大圖。

圖4顯示為本實用新型實施例二中提供的插片式散熱器中的內部熱超導管路的形狀為六邊形蜂窩狀的相變抑制傳熱板的結構示意圖。

圖5顯示為本實用新型實施例三中提供的插片式散熱器的製備方法的流程圖。

元件標號說明

1 散熱器基板

11 凸臺

12 溝槽

121 溝槽第一部分

122 溝槽第二部分

2 相變抑制傳熱板

21 第一板材

22 第二板材

23 熱超導管路

231 第一直邊子管路

232 第二直邊子管路

24 非管路部分

25 工藝口

26 凸起結構

27 傳熱工質

28 相變抑制傳熱板的插入邊

3 導熱膠

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1至圖5需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，雖圖示中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。

實施例一

請參閱圖1，本實用新型提供一種散熱器基板1，所述散熱器基板1表面形成有凸臺11，所述凸臺11內設有溝槽12，所述溝槽12包括第一部分及位於所述第一部分下方且與所述第一部分相連接的第二部分，所述溝槽第一部分121的寬度大於所述溝槽第二部分122的寬度。

作為示例，所述凸臺11的長度方向與所述散熱器基板1的長度方向一致，且所述凸臺11的長度小於或等於所述散熱器基板1的長度。

作為示例，所述溝槽12的長度方向與所述凸臺11的長度方向一致，且所述溝槽12的長度等於所述凸臺11的長度。

作為示例，所述溝槽12的側壁與所述散熱器基板1的表面相垂直。

作為示例，所述凸臺11與所述散熱器基板1為一體化結構。

在一示例，所述溝槽第一部分121及所述溝槽第二部分122均位於所述凸臺11內，如圖1所示；在另一示例中，所述溝槽第二部分122延伸至所述散熱器基板1的內部。

作為示例，所述散熱器基板1的材料應為導熱性良好的材料；優選地，本實施例中，所述散熱器基板1的材料可以為銅、銅合金、鋁或鋁合金或任一種以上的任意組合。

作為示例，所述凸臺11的數量為多個，多個所述凸臺11在所述散熱器基板1上呈平行間隔分布。需要說明的是，多個所述凸臺11的長度方向可以與所述散熱器基板1的邊緣平行，也可以與所述散熱器基板1的邊緣斜交。

作為示例，所述凸臺11的數量為多個，多個所述凸臺11在所述散熱器基板1上呈輻射狀分布。需要說明的是，多個所述凸臺11在所述散熱器基板1上呈輻射狀分布是指多個所述凸臺11位於所述散熱器基板1的表面，且自靠近所述散熱器基板1中心的位置向所述散熱器基板1的邊緣延伸。需要進一步說明的是，多個所述凸臺11在所述散熱器基板1的周向均勻分布。

需要說明的是，圖1中僅以所述散熱器基板1的表面形成一個所述凸臺11作為示例，所述散熱器基板1的表面形成多個所述凸臺11的附圖並未與展示。

需要進一步說明的是，所述散熱器基板1的長度方向為與所述凸臺11的長度相一致的方向，即與所述凸臺11的表面相平行的方向，所述散熱器基板1的寬度方向為與所述凸臺11的寬度相一致的方向，即圖1中所示的截面方向，亦即與所述凸臺11的表面相垂直的方向。

實施例二

請參閱圖2至圖4，本實用新型提供一種插片式散熱器，所述插片式散熱器包括：如實施例一中所述的散熱器基板1；相變抑制傳熱板2，所述相變抑制傳熱板2的一邊為插入邊，所述相變抑制傳熱板2通過所述插入邊插設於所述溝槽12內；所述相變抑制傳熱板2內形成有具有特定形狀的熱超導管路23，所述熱超導管路23為封閉管路，所述熱超導管路23內填充有傳熱工質27；所述溝槽12的深度大於所述相變抑制傳熱板2的插入邊28至與所述插入邊最相鄰的所述熱超導管路23之間的距離。所述溝槽12的深度大於所述相變抑制傳熱板2的插入邊28至與所述插入邊最相鄰的所述熱超導管路23之間的距離，可以確保在所述相變抑制傳熱板2插入所述溝槽12內之後，分布有所述熱超導管路23的部分可以與所述散熱器基板1直接接觸，以減小所述相變抑制傳熱板2與散熱器基板1之間的熱阻，提高了插片式散熱器的散熱性能；由於所述相變抑制傳熱板2中分布有所述熱超導管路23的部分的厚度大於非管路部分的厚度，將所述溝槽12設置為包括第一部分及位於所述第一部分下方且與所述第一部分相連接的第二部分，所述溝槽第一部分121的寬度大於所述溝槽第二部分122的寬度，可以確保所述相變抑制傳熱板2插入所述溝槽12之後，所述相變抑制傳熱板2的熱超導管路部分及非管路部分距與所述散熱器基板1實現良好接觸，從而進一步減小所述相變抑制傳熱板2與散熱器基板1之間的熱阻，提高了插片式散熱器的散熱性能。

作為示例，所述溝槽第二部分122的深度等於所述相變抑制傳熱板2的插入邊28至與所述插入邊最相鄰的所述熱超導管路23之間的距離。

作為示例，所述相變抑制傳熱板2為複合板式結構，所述相變抑制傳熱板2的表面可以為如圖3所示的雙面脹形態，所述相變抑制傳熱板2包括第一板材21及第二板材22，所述第一板材21與所述第二板材22通過輥壓工藝複合在一起；所述熱超導管路23通過吹脹工藝形成，在形成所述熱超導管路23的同時，在所述第一板材21及所述第二板材22的表面形成與所述熱超導管路23相對應的凸起結構26。

需要說明的是，除了圖2所示的結構，所述相變抑制傳熱板2包括所述第一板材21及所述第二板材22時，還可以通過吹脹工藝在形成所述熱超導管路23的同時，在所述第一板材21的表面或所述第二板材22的表面形成與所述熱超導管路23相對應的所述凸起結構26，即所述相變抑制傳熱板2的表面呈單面脹形態。

需要進一步說明的是，所述相變抑制傳熱板2的表面還可以為雙面平形態，此時所述相變抑制傳熱板2的具體結構可以與申請號為201511029540.3的專利申請文件中所述的雙面平相變抑制傳熱板結構的結構相同，具體請參閱該專利申請文件，此處不再累述。

作為示例，所述熱超導管路23的形狀可以為六邊形蜂窩狀、縱橫交錯的網狀、首尾串聯的多個U形、菱形、三角形、圓環形、或其中任一種以上的任意組合。圖4以所述熱超導管路23的形狀為六邊形蜂窩狀作為示例。由圖4可知，圖4中六邊形的部分及邊緣區域均為非管路部分24，環繞各個所述六邊形周圍並相互連通的結構即為所述熱超導管路23。需要說明的是，由於所述熱超導管路23通過吹脹工藝製備而成，所以在形成所述熱超導管路23的過程中，所述第一板材21或所述第二板材22上形成有工藝口25，即充工質口。所述工藝口25在所述熱超導管路23的形狀初步形成以後，所述工藝口25通過焊接方式密封，以實現所述熱超導管路23不與外界導通。

作為示例，請繼續參閱圖4，所述非管路部分24插入至所述溝槽第二部分122內；靠近所述相變抑制傳熱板的插入邊23的部分所述熱超導管路23位於所述溝槽第一部分121內，位於所述溝槽第一部分121內的所述熱超導管路23包括第一直邊子管路231及第二直邊子管路232，所述第一直邊子管路231長度方向與所述相變抑制傳熱板的插入邊28的長度方向一致，所述第二直邊子管路232與所述第一直邊子管路231垂直連接。將位於所述溝槽第一部分121內的所述熱超導管路23設置為包括第一直邊子管路231及第二直邊子管路232的結構，亦即將位於所述溝槽第一部分121內的所述熱超導管路23設置為直邊形，這樣的設計使得所述相變抑制傳熱板2與所述散熱器基板1配合方便，工藝容易實現，可以使得所述溝槽12與所述凸起結構26緊密結合，壓合後二者的結合性、導熱性均比較好，且機械強度比較高。

作為示例，所述傳熱工質27為流體，優選地，所述傳熱工質27為氣體、液體或氣體與液體的混合物，更為優選地，本實施例中，所述傳熱工質27為液體與氣體的混合物。

作為示例，所述相變抑制傳熱板2的材料應為導熱性良好的材料；優選地，本實施例中，所述相變抑制傳熱板2的材料可以為銅、銅合金、鋁或鋁合金或任一種以上的任意組合。所述相變抑制傳熱板2的材料與所述散熱器基板1的材料可以相同，也可以不同；優選地，本實施例中，所述相變抑制傳熱板2的材料與所述散熱器基板1的材料相同。

作為示例，所述相變抑制傳熱板2與所述凸臺11之間填充有導熱膠3。

作為示例，所述散熱器基板1與所述相變抑制傳熱板2通過壓合工藝、導熱膠粘結工藝、攪拌摩擦焊工藝、釺焊焊接工藝、壓合與導熱膠粘結結合工藝、壓合與攪拌摩擦焊結合工藝或壓合與釺焊焊接結合工藝固定在一起。

作為示例，所述散熱器基板1沿所述相變抑制傳熱板2的插入邊28長度方向的尺寸小於或等於所述相變抑制傳熱板2的插入邊28的長度。

作為示例，所述相變抑制傳熱板2上熱超導管路23之間的區域設有通風孔(未示出)，以增強散熱。

需要說明的是，圖2中僅以所述散熱器基板1的表面形成一個所述凸臺11，所述散熱器基板1的所述凸臺11內插入一個所述相變抑制傳熱板2作為示例，所述散熱器基板1的表面形成多個所述凸臺11時，所述相變抑制傳熱板2的數量與所述凸臺11的數量相同，即每個所述凸臺11內均插入有所述相變抑制傳熱板2，附圖中並未將所述散熱器基板1表面形成有多個所述凸臺11，多個所述凸臺11內均插入有所述相變抑制傳熱板2的方案予以顯示。

本實施例中，通過在所述散熱器基板1表面設置所述凸臺11，並在所述凸臺11內設置具有不同寬度的溝槽12，所述相變抑制傳熱板2插入所述溝槽12內後，非管路部分24位於溝槽12寬度較窄的部分，所述熱超導管路23位於溝槽寬度較寬的部分，且在所述相變抑制傳熱板2與所述散熱器基板1之間填充所述導熱膠3，大大減小了所述相變抑制傳熱板2與所述散熱器基板1之間的熱阻，提高了插片式散熱器的散熱性能；採用相變抑制傳熱板代替現有技術中的常規散熱片，使得本實用新型的插片式散熱器導熱快、翅片效率高(高達90％以上)、翅片效率幾乎不隨相變抑制傳熱板的高度而變化、相變抑制傳熱板的高度不受限制；本實用新型的插片式散熱器製造方便靈活，成本低，散熱能力大，重量輕、體積小，可替代熱管散熱器和部分水冷散熱器，尤其適合大功率高熱流密度的電子器件散熱需求，具有廣闊的市場前景和巨大的經濟價值。

實施例三

請參閱圖5，本實用新型還提供一種插片式散熱器的製備方法，所述製備方法包括：

S1：提供一如實施例一中所述的散熱器基板，並在所述溝槽內填充導熱膠；

S2：採用吹脹工藝製備相變抑制傳熱板，所述相變抑制傳熱板內形成有具有特定形狀且相互連通的熱超導管路，所述熱超導管路為封閉管路，所述熱超導管路內填充有傳熱工質；

S3：將所述相變抑制傳熱板的一邊插入所述溝槽內，並通過壓合工藝、導熱膠粘結工藝、攪拌摩擦焊工藝、釺焊焊接工藝、壓合與導熱膠粘結結合工藝、壓合與攪拌摩擦焊結合工藝或壓合與釺焊焊接結合工藝將所述相變抑制傳熱板與所述散熱器基板固定連接。

執行步驟S1，請參閱圖5中的S1步驟，提供一如實施例一中所述的散熱器基板，並在所述溝槽內填充導熱膠。

作為示例，所述散熱器基板的具體結構請參閱實施例一，此處不再累述。

執行步驟S2：請參閱圖5中的S2步驟，採用吹脹工藝製備相變抑制傳熱板，所述相變抑制傳熱板內形成有具有特定形狀且相互連通的熱超導管路，所述熱超導管路為封閉管路，所述熱超導管路內填充有傳熱工質。

作為示例，採用吹脹工藝製備所述相變抑制傳熱板的具體方法為：

S21：提供第一板材及第二板材共兩塊板材，將所述第一板材及所述第二板材一面打毛並吹乾淨；

S22：採用石墨印刷法在至少一所述板材的打毛面上形成相互連通的具有一定形狀的石墨線路，所述石墨線路定義出所述熱超導管路的形狀；

S23：將所述第一板材及所述第二板材的打毛面貼合併三邊對齊，沿邊鉚合；

S24：將鉚合在一起的所述第一板材及所述第二板材加熱至一定溫度並維持一段時間後進行熱軋加工以形成複合板材；

S25：將所述複合板材進行軟化退火，待冷卻至室溫後在所述第一板材及所述第二板材對應石墨線路的位置鑽工藝孔至石墨層；

S26：經所述工藝孔向所述複合板材內充入高壓流體至所述複合板材膨脹，在所述複合板材內部形成所述熱超導管路的同時，在所述複合板材的至少一表面形成與所述熱超導管路相對應的所述凸起結構；

S27：經所述工藝孔向所述熱超導管路內注入傳熱工質，並密封所述工藝孔。

作為示例，所述熱超導管路的形狀為六邊形蜂窩狀、縱橫交錯的網狀、首尾串聯的多個U形、菱形、三角形、圓環形、或其中任一種以上的任意組合。

作為示例，所述相變抑制傳熱板的邊緣為非管路部分，所述非管路部分插入至所述溝槽第二部分內；靠近所述相變抑制傳熱板的插入邊的部分所述熱超導管路位於所述溝槽第一部分內，位於所述溝槽第一部分內的所述熱超導管路包括第一直邊子管路及第二直邊子管路，所述第一直邊子管路長度方向與所述相變抑制傳熱板的插入邊的長度方向一致，所述第二直邊子管路與所述第一直邊子管路垂直連接。

執行步驟S3，請參閱圖5中的S3步驟，將所述相變抑制傳熱板的一邊插入所述溝槽內，並通過壓合工藝、導熱膠粘結工藝、攪拌摩擦焊工藝、釺焊焊接工藝、壓合與導熱膠粘結結合工藝、壓合與攪拌摩擦焊結合工藝或壓合與釺焊焊接結合工藝將所述相變抑制傳熱板與所述散熱器基板固定連接。

作為示例，採用壓合工藝將所述相變抑制傳熱板與所述散熱器基板固定連接的具體方法位：將所述相變抑制傳熱板的插入所述溝槽內之後，在所述凸臺的兩側施加外力，使所述相變抑制傳熱板與所述散熱器基板緊配，所述導熱膠填滿所述相變抑制傳熱板與所述散熱器基板之間的空隙。

綜上所述，本實用新型提供一種散熱器基板及插片式散熱器，所述散熱器基板表面形成有凸臺，所述凸臺內設有溝槽，所述溝槽包括第一部分及位於所述第一部分下方且與所述第一部分相連接的第二部分，所述溝槽第一部分的寬度大於所述溝槽第二部分的寬度。通過在散熱器基板表面設置凸臺，並在凸臺內設置具有不同寬度的溝槽，相變抑制傳熱板插入所述溝槽內後，非管路部分位於溝槽寬度較窄的部分，熱超導管路位於溝槽寬度較寬的部分，且在相變抑制傳熱板與散熱器基板之間填充導熱膠，大大減小了相變抑制傳熱板與散熱器基板之間的熱阻，提高了插片式散熱器的散熱性能；採用相變抑制傳熱板代替現有技術中的常規散熱片，使得本實用新型的插片式散熱器導熱快、翅片效率高(高達90％以上)、翅片效率幾乎不隨相變抑制傳熱板的高度而變化、相變抑制傳熱板的高度不受限制；本實用新型的插片式散熱器製造方便靈活，成本低，散熱能力大，重量輕、體積小，可替代熱管散熱器和部分水冷散熱器，尤其適合大功率高熱流密度的電子器件散熱需求，具有廣闊的市場前景和巨大的經濟價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。