CN103841803A - 利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用厚过烧镀层和沸腾（boiling）的具有薄腔的散热器，由此，蒸发器电镀有用于加强沸腾的厚过烧镀层，从而阻止蒸发的工作流体或冷却剂与用于加强沸腾的涂层物质反应，冷凝器设置有采用厚过烧镀层以粗糙结构镀覆有铜的毛细管结构，以使蒸发的工作流体或冷却剂在蒸发器中均匀地扩散，形成线状支架从而使所述腔结构稳固，从而不容易被外部力弯曲，并且显著提高散热和冷却性能。一种利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器，用于冷却电子发热组件，例如CPU，该散热器包括：板形的基板；在基板上垂直设置并等间距分开的散热片；以及设置在基板下方并在其内容纳工作流体或冷却剂的腔，该腔包括设置成接触发热组件的下板和设置成接触基板并与下板固定连接的上板；其中基板包括腔壳体部件，该腔壳体部件沿着基板内部下边缘容纳该腔，以使当腔插入到腔壳体部件中时，基板的底部边缘侧和腔的下板的外部底侧固定在同一平面内，腔的下板上与发热组件接触的区域电镀有厚过烧镀层。

Description

利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器

相关申请的交叉参考

本申请要求2012年11月23日申请的、第2012－0133802号韩国专利申请的权益，其全文通过参考整体并入在此。

技术领域

本发明涉及平散热器，更具体地涉及利用厚过烧镀层和沸腾（boiling）的具有薄腔的散热器，由此，蒸发器电镀有用于加强沸腾的厚过烧镀层，从而阻止蒸发的工作流体或冷却剂与用于加强沸腾的涂层物质反应，冷凝器设置有利用厚过烧镀层以粗糙结构镀覆有铜的毛细管结构（wick structure），以使蒸发的工作流体或冷却剂在蒸发器中均匀地扩散，形成线状支架从而使所述腔结构稳固，从而不容易被外部力弯曲，并且显著提高散热和冷却性能。

背景技术

通常，电子产品设计为在室温下运行其功能。当使用电子产品时，如果没有适当散热，电子产品会过热并且其性能会显著下降。在这些电子产品中使用的用于冷却CPU和电子发热组件（例如，半导体芯片）的方法，包括使用散热器的热传导方法，使用对流和辐射的方法，使用风扇的强对流方法，使用液体循环的方法等。然而，随着电子产品变得越来越轻薄，电子发热组件之间的距离变窄，因此当使用的电子产品产生热时，难以合适地散热。此外，由于电子发热组件的高密度集成和高性能，电子发热组件的热载是逐渐增加的，这样存在一个问题，即通过现有的冷却方法不能够有效地冷却电子产品（电子设备）。

就已出现的在电子发热组件中处理增加的热载的技术而言，存在一种利用已知为平热管的蒸发腔（vapor chamber）的技术，该技术在名称为“利用带有由金属粉末涂覆和烧结的金属板的毛细管制造热管的方法”的、注册号为394309的韩国专利中公开，以及另一种利用基于沸腾的散热腔（液体腔）的技术，该技术在名称为“利用沸腾和冷凝制冷剂的冷却设备”的、注册号为330398的韩国专利中公开。

蒸发腔是利用液体的蒸发现象而不是通过沸腾的散热类型。为了使冷却剂易于蒸发，由冷却剂自身形成的薄膜应该非常薄，为了平稳蒸发，冷却剂的量应最小化。在这种情况中，即使少量的热提供到蒸发器，在腔内的冷却剂容易蒸发。蒸发的冷却剂在冷凝器中冷凝为水珠。因为冷却剂的绝对量不够，对于冷凝的冷却剂滴的尺寸来说，其难以长大（增加）从而依靠其重力向下流动。因此，存在一个问题，即对于冷凝的冷却剂来说，其很难返回到蒸发器中。

为了解决该问题，在腔内形成利用毛细管现象的毛细管结构。该毛细管结构用来吸在冷凝器中冷凝的冷却剂并将其转移回蒸发器中。然而，该毛细管结构具有致命的缺点。因为大多数毛细管结构由金属粉末烧结或由利用细线编织的线织物形成，其难以制造，并且多故障是导致出现频繁缺陷的原因。在该毛细管结构中，因为通过利用毛细管现象来产生冷却剂的运动，冷却剂的移动力非常小。因此，存在即使在毛细管结构中出现很小的问题，也导致毛细管结构不能适当运行的多种情况。此外，为了不阻止轻微地移动的冷却剂的流动，以圆点形式而不是线状形式在腔的上板和下板之间形成维持空间的结构。也就是，当该结构以线状形式形成时，其具有阻止冷却剂流动的障碍线的作用，因此冷却剂不能在合适的时间返回到蒸发器。当以圆点形式形成该结构时，其具有通过从外部施加的力易于弯曲的结构缺陷。

液体腔通过利用沸腾现象散热。因为其利用沸腾现象而不是蒸发现象，与蒸发腔相比，其能够在腔内填充更多的冷却剂。因为蒸发器形成有利用粘性介质（例如金属粉末以及焊料、环氧树脂等）的沸腾加强涂层，所以腔内的冷却剂由蒸发器内产生的热而沸腾，从而使热扩散到整个腔。冷却剂大多数使用水，腔本身是由铜制造的。当蒸发的冷却剂接触其他内壁时，其他内壁称为冷凝器，而不是腔内的蒸发器，其冷凝并通过壁的而不是蒸发器的低温在壁上变成液珠。通过气体的连续液化现象，液珠的形状在尺寸上增大，并且最后通过液滴重力向下流动。以这种方式再次收集的液体，通过与蒸发器连接而再次沸腾，从而蒸发。

与蒸发腔不同，在这种液体腔中，在上板和下板之间的支架以线状形成。由于在液体腔内冷却剂的总量远远大于在蒸发腔中的量，在蒸发腔中冷凝的冷却剂不会返回到蒸发器，而在液体腔中，沸腾继续发生。然而，液体腔具有一个问题，即用于加强沸腾的涂层的材料会与水和铜作用从而产生气体，进而降低了散热性能。此外，在蒸发的冷却剂扩散到很远之前，其易于与液体冷却剂相遇，从而易于液化并影响了将热散至整个腔的作用。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种散热器，其具有利用厚过烧镀层和沸腾的薄腔，由此，蒸发器电镀有用于加强沸腾的厚过烧镀层，从而阻止蒸发的工作流体或冷却剂与用于加强沸腾的涂层物质反应，冷凝器设置有利用厚过烧镀层以粗糙结构镀覆有铜的毛细管结构，以使蒸发的工作流体或冷却剂在蒸发器中均匀地扩散，形成线状支架从而使所述腔结构稳固，从而不容易被外部力弯曲，并且显著提高散热和冷却性能。

根据本发明的一方面，提供了一种散热器，其具有利用厚过烧镀层和沸腾的薄腔，用于冷却电子发热组件，例如CPU，该散热器包括：垂直设置并等间距分开的散热片，以及设置在散热片下方并在其中容纳工作流体或冷却剂的腔，该腔包括设置成接触发热组件的下板和设置成接触散热片的下端的并与下板固定连接的上板；其中，腔的下板上与发热组件接触的区域电镀有厚过烧镀层。

根据本发明的另一方面，提供了一种散热器，其具有利用厚过烧镀层和沸腾的薄腔，从而冷却电子发热组件，例如CPU，该散热器包括：板形的基板；在基板上垂直设置并等间距分开的散热片；以及设置在基板下方并在其内容纳工作流体或冷却剂的腔，该腔包括设置成接触发热组件的下板和设置成接触基板并与下板固定连接的上板；其中，基板包括腔壳体部件，该腔壳体部件沿着基板内部下边缘容纳该腔，以使当腔插入到腔壳体部件中时，基板的底部边缘侧和腔的下板的外部底侧固定在同一平面内，腔的下板上与发热组件接触的区域电镀有厚过烧镀层。

优选地，腔的下板上与发热组件接触的区域，电镀有与腔的材料相同的厚过烧镀层，腔的上板的整个区域电镀有相同材料的厚过烧镀层。

优选地，腔的下板包括沿着其外围形成的第一边框和形成为向内突出的第一线形支架，腔的上板包括沿着其外围形成的第二边框以及形成为向内突出的第二线形支架。第一边框设置成与第二边框相对，并且每一个第一支架设置成与每一个第二支架相对。当下板固定连接到上板时，边框的相对表面彼此接触，并且支架的相对表面彼此接触。通过弧焊或激光焊将第一边框和第二边框连接在一起，从而使下板和上板相对固定。

优选地，分别在下板和上板中形成的第一和第二支架，可以在下板上与发热组件接触的电镀有厚过烧镀层的区域中，以圆点形状形成。

优选地，在利用工作流体或冷却剂填充腔之后，在腔内创建真空并封闭管的端部，容纳在腔中的水占腔的内部体积的10～70％，并且腔内的真空度为10^-2～10^-6托。

附图说明

通过参照附图详细描述优选实施方式，本发明的上述和其他特征和优点对本领域技术人员将更明显，其中：

图1是根据本发明的散热器的立体图；

图2是示出了与冷凝器分开的腔的视图；以及

图3是示出了分开的腔和组装的腔的视图；

附图标记说明

10：冷凝器；11：基板；12：腔壳体部件；13：散热片；

14：堆叠；20：腔；21：下板；22：第一支架；

23：电镀有厚过烧镀层的第一区域；

24：第一边框；25：上板；

26：第二支架；27：电镀有厚过烧镀层的第二区域；

28：第二边框；29：管。

具体实施方式

参考附图，下文将更全面地描述本发明，其中显示了本发明优选实施方式，以使本领域的技术人员能够容易地实施本发明。

根据本发明的具有利用厚过烧镀层和沸腾的薄腔的散热器的最大技术特征如下：腔的蒸发器不是通过涂覆来增强沸腾，而是电镀有厚过烧镀层，从而实现沸腾增强表面，由此，不会有涂层物质与工作流体或冷却剂反应而产生的气体，由此显著改善了散热性能。此外，利用厚过烧镀层将腔的冷凝器以粗糙结构电镀有铜，以使蒸发的工作流体或冷却剂在蒸发器中均匀扩散，由此，显著改善散热和冷却性能。此外，内部支撑结构保持线形，由此使结构稳固。

根据本发明的一个实施方式，能够快速冷却电子发热组件（例如CPU或半导体芯片）的利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器，基本包括容纳工作流体或冷却剂的腔20。当工作流体或冷却剂经由电镀有厚过烧镀层的区域转移的发热组件的热量而沸腾，热量被转移到具有散热片13的冷凝器10，从而被散热和冷却。

根据本发明的另一实施方式，利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器还包括基板11。冷凝器10包括基板11和散热片13。基板11是板形构件。散热片13设置在基板11上。基板11包括用于容纳腔20的腔壳体部件12。腔壳体部件12沿着基板11的内部下边缘以凹形形成。当腔20装配到腔壳体部件12中时，基板11的底部边缘侧和腔20的下板21的外部底侧固定在一个平面内。

每个散热片13是由具有高导热性的金属（例如，铜、铝、锡等）制造的薄板形构件。散热片13在基板11上垂直设置并等间距隔开。堆叠14以两行设置在散热片13上，从而将待被保持的散热片13连接在一起。因为由薄板制造的散热片13在处理期间可能会被损坏或变形，所以它们的上端通过链形的堆叠14固定，从而保持散热片13的形状。

腔20包括彼此固定连接的下板21和上板25。腔20设置在形成在基板11上的腔壳体部件12处。腔20内容纳操作流体或冷却剂，例如水或酒精。腔20是由具有高导热性的金属制造的，例如铜、铝、锡等。下板21设置成与蒸发器接触。上板25设置成与基板11的底部侧接触。在不包括基板11的实施方式中，散热片13直接设置在腔20的上板25上。管29设置在腔20的任意一个边缘侧。

在用例如水、酒精或丙酮的工作流体或冷却剂填充腔20后，在腔20中创建真空，然后封闭管29的端部。水或冷却剂的量占腔20内部体积约10～70％。腔20中的真空度是10^-2～10^-6托。

腔20的接触下板21上与发热组件接触的区域电镀有与腔20所使用的金属相同的厚过烧镀层，形成电镀有厚过烧镀层的第一区域23。腔20的整个上板25电镀有与腔20所使用的材料相同的厚过烧镀层，形成电镀有厚过烧镀层的第二区域27。然而，可以仅在下板21上形成电镀有厚过烧镀层的第一区域23。尽管电镀有厚过烧镀层的区域可以仅仅形成在设置发热组件的下板21的区域上，也希望在上板25上形成电镀有厚过烧镀层的区域。当镀覆厚过烧镀层时，电镀有厚过烧镀层的区域不是平滑的，而是不规则和不平坦的，由此显著增加了沸腾和热转移的效率。

第一边框24在腔20内沿着下板21的边缘形成，第二边框28在腔20内沿着上板25的边缘形成。第一线形支架22形成为从腔20内的下板21上突出，第二线形支架26形成为从腔内的上板25上突出，使得每一个第一线形支架22与每一个第二线形支架26相对。当下板21和上板25彼此固定连接时，边框的相对表面彼此接触，支架的相对表面彼此接触。通过弧焊或激光焊连接将第一边框24和第二边框28连接在一起，从而将下板21和上板25彼此固定。因为每个第一支架22与每个第二支架26接触，从而支撑腔20，使腔20结构稳固。也可以仅形成第一支架22或第二支架26。在这种情况中，当下板21和上板25彼此固定连接时，支架接触与腔20中的支架相对设置的下板21或上板25。

线形支架可形成在电镀有厚过烧镀层的第一区域23的中心部分。然而，从外部表面观察，由于线形部件具有凹形，其不接触发热组件，因此在发热组件中产生的热量不会快速转移到腔20。在这点上，希望在电镀有厚过烧镀层的第一区域23的中心部分处形成圆点形的支架。因此，第一和第二支架22、26在电镀有厚过烧镀层的第一区域23中以圆点形形成，在该第一区域23处，下板21接触发热组件。优选地，圆点的数量可以是34个。然而，不必限制圆点的数量（参见图3）。在以圆点形状形成支架的情况中，支架仅仅在下板21和上板25中的任意一个上形成。

因为第一支架22分别接触第二支架26，经由电镀有厚过烧镀层的第一区域23来自发热组件的热量，使工作流体或冷却剂沸腾。然后，支架之间的空间形成蒸汽通道，使得经由电镀有厚过烧镀层的第二区域27，热量快速转移到冷凝器10。因此，当圆点形支架在电镀有厚过烧镀层的第一区域23处形成时，蒸汽通道变宽，使得蒸汽能快速移动。如果在电镀有厚过烧镀层的第一区域23处没有形成支架，在处理散热器期间，电镀有厚过烧镀层的第一区域23的形状会由于外力而变形，这会导致在热转移过程中出现问题。

如上所述，根据本发明的利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器中，腔的蒸发器不是通过涂覆来增强沸腾，而是通过利用厚过烧镀层实现沸腾增强表面。因此，由于在铜板上还电镀有铜，在涂层物质与工作流体或冷却剂反应时，不会产生外部物质也不会产生气体，由此显著提高了散热性能。

此外，利用厚过烧镀层将腔的冷凝器以粗糙结构电镀有铜，以使蒸发的工作流体或冷却剂在蒸发器中均匀扩散，由此，显著改善散热和冷却性能。此外，内部支撑结构保持线形，由此使结构稳固。

此外，腔的冷凝器利用厚过烧镀层以粗糙结构电镀有铜。因此，因为蒸发的冷却剂在蒸发器中均匀扩散，冷却性能显著提高。此外，因为利用沸腾，与蒸发腔相比，其能够存储冷却剂，更像液体腔。因此，没有降低任何性能，通过使内部支撑结构为线形，能够实现结构稳固的形状。

上面已经利用优选的示例性实施方式描述了本发明。然而，应该理解，本发明的范围不限于所公开的实施方式。相反，本发明的范围旨在包括本领域的技术人员利用现有已知或将来已知的技术和等同物内的各种改变和可选设置。因此，权利要求的范围符合最宽的解释，从而包含所有这样的改变和相似设置。

Claims (14)

1.一种利用厚过烧镀层和沸腾（boiling）的具有薄腔的散热器，其用于冷却电子发热组件，例如CPU，该散热器包括：

散热片（13），其垂直设置并等间距分开；以及

腔（20），其设置在散热片（13）下方，其内容纳工作流体或冷却剂，腔（20）包括设置成接触发热组件的下板（21）和设置成接触散热片（13）的下端并与下板（21）固定连接的上板（25）；

其中，腔（20）的下板（21）上与发热组件接触的区域（23）电镀有厚过烧镀层。

2.一种利用厚过烧镀层和沸腾的具有薄腔的散热器，其用于冷却电子发热组件，例如CPU，该散热器包括：

基板（11），其是板形的；

散热片（13），其在基板（11）上垂直设置并等间距分开；以及

腔（20），其设置在基板（11）下方，其内容纳工作流体或冷却剂，腔（20）包括设置成接触发热组件的下板（21）和设置成接触基板（11）并与下板（21）固定连接的上板（25）；

其中，

基板（11）包括用于容纳腔（20）的腔壳体部件（12），腔壳体部件（12）沿着基板（11）的内部下边缘形成，使得当腔（20）插入到腔壳体部件（12）中时，基板（11）的底部边缘侧和腔（20）的下板（21）的外部底侧被固定到同一平面内；以及

腔（20）的下板（21）上与发热组件接触的区域（23）电镀有厚过烧镀层。

3.根据权利要求1或2所述的散热器，其中，散热片（13）和腔（20）可以由任意材料制造，例如铜、铝和锡。

4.根据权利要求1或2所述的散热器，进一步包括：

设置在散热片（13）的上端上的堆叠（14），其用于将散热片（13）连接在一起从而保持散热片（13）。

5.根据权利要求1或2所述的散热器，还包括：

设置在腔（20）的任意一个边缘侧处的管（29）。

6.根据权利要求1或2所述的散热器，其中，腔（20）的下板（21）上与发热组件接触的区域（23），以及腔（20）的上板（25）的整个区域（27），电镀有与腔的材料相同的厚过烧镀层。

7.根据权利要求1或2所述的散热器，还包括：

第一边框（24），其沿着下板（21）的外围形成；

第二边框（28），其沿着上板（25）的外围形成；以及

第一线形支架（22），其形成为从腔（20）的下板（21）上突出，以使当下板（21）和上板（25）彼此固定在一起时，第一线形支架（22）与上板（25）接触，这样第一边框（24）和第二边框（28）彼此接触。

8.根据权利要求1或2所述的散热器，还包括：

第一边框（24），其沿着下板（21）的外围形成；

第二边框（28），其沿着上板（25）的外围形成；以及

第二线形支架（26），其形成为从腔（20）的上板（25）上突出，以使当下板（21）和上板（25）彼此固定在一起时，第二线形支架（26）与下板（21）接触，这样第一边框（24）和第二边框（28）彼此接触。

9.根据权利要求1或2所述的散热器，还包括：

第一边框（24），其沿着下板（21）的外围形成；

第二边框（28），其沿着上板（25）的外围形成；以及

第一线形支架（22），其形成为从腔（20）的下板（21）上突出，以及

第二线形支架（26），其形成为从腔的上板（25）上突出，以分别与第一线形支架（22）相对，以使当下板（21）和上板（25）彼此固定在一起时，边框（24，28）的相对表面彼此接触，并且支架（22，26）的相对表面彼此接触。

10.根据权利要求1或2所述的散热器，其中，通过弧焊或激光焊将第一边框（24）和第二边框（28）连接在一起，从而使下板（21）和上板（25）相对固定。

11.根据权利要求1或2所述的散热器，还包括:

圆点形支架，其在下板（21）中电镀有厚过烧镀层的区域（23）中形成。

12.根据权利要求5所述的散热器，其中，在利用工作流体或冷却剂填充腔并在腔（20）内创建真空后，管（29）的端部封闭。

13.根据权利要求12所述的散热器，其中，容纳在腔（20）中的工作流体或冷却剂占据腔（20）的内部体积的10～70％。

14.根据权利要求12所述的散热器，其中，腔（20）内的真空度是10^-2～10^-6托。

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