CN102095323A - 一种平板均热板 - Google Patents
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Abstract
一种平板均热板，属于微型电子器件的散热装置，用于功率模块的热扩散，解决现有平板均热板与热源接触面的表面变形问题，以进一步减小与热源部分接触面的变形。本发明包括散热翅片和金属腔体，金属腔体由盒体和盖板构成，金属腔体内部抽成真空，注有液体工作介质，盒体与散热翅片紧密接触或连为一体，盒体内壁面上具有毛细芯，盒体和盖板之间具有支撑体；所述盖板内壁面中心部分具有凸台，凸台厚度为0.2～2.0mm；凸台截面积大于或等于热源的接触面积；包括凸台的盖板内壁面上具有毛细芯。本发明结构简单，制造加工方便，可有效减小平板均热板的表面变形，减小其接触热阻，液体工作介质回流效率高，具有较高的工作效率。
Description
技术领域
本发明属于微型电子器件的散热装置，特别涉及一种平板均热板，用于功率模块的热扩散。
背景技术
近年来，随着信息产业的迅速发展，晶体管集成度大大提高，现有的电子器件向着更小、更高速、更大功率密度方向发展，这些都意味着更大的热流密度，如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的热流密度可高达400W/cm2，电子器件的散热问题如果没有解决好，其工作温度将非常高，高温将直接导致系统效率下降，工作失稳，寿命下降，材料热损坏甚至烧毁等等诸多问题；因而电子元器件的散热问题已经成为制约相关产业发展的瓶颈。解决高热流密度热源散热问题首先是要将集中热源扩散至大面积上，只有先将集中热源的热流密度进行扩散，才能保证散热器(风冷、水冷等)的充分利用。
平板均热板，或称平板热管，其结构是将金属中心部分加工成空腔，空腔内壁面加工有毛细芯结构，空腔内部抽成真空，注入一定量的液体工作介质，然后完全密封。热源产生的热量使与热源接触的平板均热板的壁面处的液体工作介质气化蒸发，带走热量，蒸汽在对面的冷却壁面上凝结成液体放出热量，热量传递到外部散热装置上带走。凝结下来的液体工作介质通过内壁面上的毛细芯结构回流到热源部分，继续气化蒸发，进行下一轮循环。如此工作循环使得高密度热流扩散到大面积的外部散热装置上。
平板均热板由于其优良的工作特性，自出现之初就得到了极大的关注，但是由于平板均热板内部抽成了真空，而工作的环境是在大气中，其表面由于大气压力会发生变形，而且由于平板均热板的受热不均匀，也会产生热变形。平板均热板的表面变形，会导致平板均热板与热源或散热翅片接触不紧密，造成接触界面存在气体，当平板均热板工作时，会极大的增加接触热阻，恶化了传热过程，大大影响高热流密度的热源的散热。201010170205.6中国专利申请(一种烧结式平板热管及其制作方法)和US2009/0025910A1美国专利(VAPOR CHAMBER STRUCTURE WITH IMPROVED WICK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME)以及US6997245B2美国专利(VAPOR CHAMBER WITH SINTERED GROOVED WICK)所提供的平板均热板，包括散热翅片和金属腔体，金属腔体由盒体和盖板构成，金属腔体内部抽成真空，注有液体工作介质，盒体与散热翅片紧密接触或制成一体，盒体内壁面上具有毛细芯，盒体和盖板之间具有金属加工或烧结金属颗粒制作的支撑体；但是由于支撑体之间有一定的距离，其表面还是存在大量的微变形，特别是与热源接触面上的微变形，这些微变形会大大影响与热源接触的紧密程度，增加接触热阻，恶化传热过程。
发明内容
本发明提供一种平板均热板，解决现有平板均热板与热源接触面的表面变形问题，以进一步减小与热源部分接触面的接触热阻。
本发明的一种平板均热板，包括散热翅片和金属腔体，所述金属腔体由盒体和盖板构成，金属腔体内部抽成真空，注有液体工作介质，盒体与散热翅片紧密接触或连为一体，盒体内壁面上具有毛细芯，盒体和盖板之间具有支撑体；其特征在于：
所述盖板内壁面中心部分具有凸台，凸台厚度为0.2～2.0mm；凸台截面积大于或等于热源的接触面积；包括凸台的盖板内壁面上具有毛细芯。
所述的平板均热板，其特征在于：所述毛细芯为烧结金属粉末、金属丝网、导热纤维、纳米纤维或者微槽道结构；
所述毛细芯为微槽道结构时，所述凸台部分的微槽道的底面与盖板其他部分微槽道的底面处于同一水平面；
所述毛细芯为烧结金属粉末时，所述凸台与盖板内壁面连接部位采用烧结金属粉末堆积成三角形过渡。
所述液体工作介质可以为去离子水、丙酮或乙醇；所述散热翅片和金属腔体可以采用铜、铝或不锈钢材料制成；所述支撑体可以采用金属加工或金属粉末烧结制成。
所述凸台的截面可以为矩形或椭圆形；所述散热翅片可以为圆柱形翅柱、方柱形翅柱或矩形翅片；所述支撑体可以为圆柱形或矩形柱形。
本发明在与热源接触面对应的金属腔体的盖板内壁面上加工一个凸台，由于盖板的面积较热源面积大，因此只需要减小与热源接触这部分的表面变形就可以减小接触热阻，凸台可以大大增加盖板这一部分的机械强度，减小与热源接触部分的表面变形；而采用金属粉末烧结的支撑体既可以起到防止平板均热板表面塌陷和表面变形，还可以减小凝结液体的回流路程，增加液体工作介质的回流效率，提高平板均热板的工作性能。
为防止平板均热板上表面的变形，可以将平板均热板集成到散热翅片上。将散热翅片与金属腔体的盒体加工成一体，然后再在盖板上加工一个凸台，这样由于散热翅片上面部分的机械强度，消除了上表面的表面变形，盖板内表面与热源接触部分对应的位置加工有凸台，可以减小与热源接触部分的表面变形，减小接触热阻。采用这样的装置，平板均热板盒体表面的接触热阻会完全消除，而盖板的接触热阻由于凸台的作用而降低，总之平板均热板的接触热阻将大大减小。
本发明结构简单，制造加工方便，可有效减小平板均热板的表面变形，减小其接触热阻，液体工作介质回流效率高，具有较高的工作效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的工作原理示意图；
图3是本发明采用微槽道结构的毛细芯时，凸台部分结构示意图；
图4是本发明采用烧结金属粉末充当毛细芯时，凸台部分结构示意图；
图5是采用烧结金属粉末制成的支撑体示意图；
图6是本发明的盒体与散热翅片制成一体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一个实施例包括散热翅片1和金属腔体，所述金属腔体由盒体2和盖板3构成，金属腔体内部抽成真空，注有液体工作介质7，盒体2与散热翅片1紧密接触，盒体2内壁面上具有毛细芯5，盒体和盖板之间具有支撑体6；
所述盖板3内壁面中心部分具有凸台4，凸台厚度为0.2mm；凸台截面积等于热源的接触面积；包括凸台的盖板3内壁面上具有毛细芯5，毛细芯5为烧结金属粉末。
液体工作介质7为去离子水，散热翅片1和金属腔体采用铜材料制成；支撑体6采用金属粉末烧结制成。
凸台6的截面为矩形，散热翅片1为矩形翅片，支撑体6为圆柱形。
如图2所示，本发明的工作原理如下：热源8产生的热量使与热源接触的盖板3的壁面处的液体工作介质7气化蒸发，带走热量，蒸汽在盒体2的冷却壁面上凝结成液体放出热量，热量传递到散热翅片1上带走。凝结下来的液体工作介质通过盒体和盖板内壁面上的毛细芯5结构回流到热源8加热区域，继续气化蒸发，进行下一轮循环。如此工作循环使得高密度热流扩散到大面积的散热翅片1上。
如图3所示，本发明采用微槽道结构的毛细芯5时，凸台4部分的微槽道的底面9与盖板其他部分微槽道的底面10处于同一水平面；这样有利于液体工作介质7回流到热源8加热区域进行气化蒸发。
如图4所示，本发明采用烧结金属粉末充当毛细芯5时，凸台4与盖板内壁面连接部位采用烧结金属粉末堆积成三角形过渡；可以有利于液体工作介质7回流到凸台4表面进行气化蒸发。
如图5所示，本发明在凸台以外区域采用金属粉末烧结而成的支撑体6，防止金属腔体的盒体2和盖板3表面塌陷和变形。由于支撑体6是采用金属粉末烧结而成，内部有空隙，也具有毛细力，因此凝结液体工作介质7可以沿着支撑体回流到蒸发区域，这样可以大大减小回流路程和时间，增加回流效率，进而提高平板均热板的工作性能。
图6所示为本发明另一个实施例，盒体2与散热翅片1制成一体：将散热翅片1加工成金属腔体的盒体2，然后再在盖板3上加工一个凸台4，这样由于散热翅片1上面部分的机械强度，消除了盒体2的表面变形。
该实施例中，凸台4厚度为1.0mm；凸台截面积大于热源的接触面积；毛细芯为微槽道结构；液体工作介质为乙醇，散热翅片1和盖板3采用不锈钢材料制成，支撑体6采用金属加工制成；凸台4的截面为椭圆形，散热翅片1为圆柱形翅柱，支撑体6为矩形柱形。
Claims (4)
1.一种平板均热板，包括散热翅片（1）和金属腔体，所述金属腔体由盒体（2）和盖板（3）构成，金属腔体内部抽成真空，注有液体工作介质（7），盒体（2）与散热翅片（1）紧密接触或连为一体，盒体（2）内壁面上具有毛细芯（5），盒体和盖板之间具有支撑体（6）；其特征在于：
所述盖板（3）内壁面中心部分具有凸台（4），凸台厚度为0.2～2.0mm；凸台截面积大于或等于热源的接触面积；包括凸台的盖板（3）内壁面上具有毛细芯（5）。
2.如权利要求1所述的平板均热板，其特征在于：所述毛细芯（5）为烧结金属粉末、金属丝网、导热纤维、纳米纤维或者微槽道结构；
所述毛细芯（5）为微槽道结构时，所述凸台（4）部分的微槽道的底面与盖板其他部分微槽道的底面处于同一水平面；
所述毛细芯（5）为烧结金属粉末时，所述凸台（4）与盖板内壁面连接部位采用烧结金属粉末堆积成三角形过渡。
3.如权利要求1所述的平板均热板，其特征在于：
所述液体工作介质（7）为去离子水、丙酮或乙醇；
所述散热翅片（1）和金属腔体（2）采用铜、铝或不锈钢材料制成；
所述支撑体（6）采用金属加工或者金属粉末烧结制成。
4.如权利要求1所述的平板均热板，其特征在于：
所述凸台（4）的截面为矩形或椭圆形；
所述散热翅片（1）为圆柱形翅柱、方柱形翅柱或矩形翅片；
所述支撑体（6）为圆柱形或矩形柱形。
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Application publication date: 20110615 |