CN112254558B - 三维叠层热管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种三维叠层热管及其制备方法，包括：两个盖板以及主框体，两个盖板以及主框体形成循环腔，循环腔的一端设置为蒸发端，循环腔的另一端设置为冷凝端；盖板的板面凸起形成的第一框条，两个盖板上的第一框条间隔设置形成气隙，循环腔经第一框条分隔成由气隙连通的蒸汽腔和回流腔，回流腔的内壁面设置有毛细吸液芯，且回流腔中填充有工作介质。本技术方案中，一方面回流腔和蒸汽腔的高度均互不影响，从而提高了热管的传热效果；同时通过气隙连通回流腔和蒸汽腔，实现气液分离，解决了因汽体与液体运动方向相反、气体的运动速度变大而将回流的液体撕裂带走的问题，从而大幅度提高了散热效果。

Description

三维叠层热管及其制备方法

技术领域

本发明涉及三维叠层热管的技术领域，尤其涉及一种三维叠层热管及其制备方法。

背景技术

随着微电子技术的快速发展，电子器件的高性能、小型化、集成化已成为主流趋势，但高集成度、高功耗及小尺寸导致芯片的热流密度大幅增加，传热与散热问题越发严重。据统计，超过55％的电子设备失效是由于散热不及时导致温度过高而引起的；同时，随着智能手机等小型移动电子设备的越来越薄，超薄热管成为了目前的研究热点。

热管作为一种高效传热元件，其稳定工作依赖于吸液芯提供的毛细压力以及液体在吸液芯内的渗透回流快慢，因此，吸液芯作为热管的核心部件，是决定热管传热性能的关键因素。目前的吸液芯可分为三大类：使用粉末/纤维/丝网等材料获得的烧结吸液芯结构、使用各种加工手段获得的沟槽吸液芯结构，以及兼有烧结与沟槽两种特征的复合吸液芯结构。

超薄热管的内部空间随着热管厚度的降低而急剧减小，微细沟槽吸液芯虽可加工制成，但技术较为复杂，而且沟槽深度较浅，导致毛细压力较低，严重影响了热管的传热性能；另一方面，由于管内汽体与液体运动方向相反，汽体运动速度随着热管功率的升高而变大，回流的液体将会被汽体撕裂而被带走，严重影响热管的传热性能。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提出一种三维叠层热管及其制备方法，以解决了现有技术中因热管厚度的限制、管内汽体与液体运动方向相反而导致热管传热性能差的技术问题。

为此，根据第一方面，一种实施例中提供了一种三维叠层热管，包括：

两个相对且间隔设置的盖板以及夹设在两个所述盖板之间的主框体，两个所述盖板以及所述主框体形成循环腔，所述循环腔的一端设置为蒸发端，所述循环腔的另一端设置为冷凝端；所述盖板的板面凸起形成的第一框条，两个所述盖板上的第一框条间隔设置形成气隙，所述循环腔经所述第一框条分隔成由所述气隙连通的蒸汽腔和回流腔，所述回流腔的内壁面设置有毛细吸液芯，且所述回流腔中填充有工作介质。

在三维叠层热管的一些实施例中，两个所述第一框条以及两个所述盖板形成所述蒸汽腔，两个所述第一框条、两个所述盖板以及所述主框体形成所述回流腔。

在三维叠层热管的一些实施例中，所述主框体至少为两个，所述三维叠层热管还包括夹设在相邻两个所述主框体之间的隔层框体，所述隔层框体朝向所述第一框条凸起延伸形成第二框条，所述气隙经所述第二框条分隔成若干个子气隙，所述回流腔经所述隔层框体分隔成若干个子回流腔，所述子回流腔经所述子气隙与所述蒸汽腔连通。

在三维叠层热管的一些实施例中，所述主框体上开设有卡接槽，所述盖板的板面朝向所述卡接槽凸起形成第一卡接筋，所述隔层框体朝向所述卡接槽凸起形成第二卡接筋，所述第一卡接筋和所述第二卡接筋对应收容于所述卡接槽中。

在三维叠层热管的一些实施例中，所述主框体至少包括两个相对且间隔设置第一框板和连接在两个所述第一框板之间的第二框板，所述第一框条位于在相邻两个所述第一框板之间；隔层框体至少包括两个相对间隔设置且与所述第一框板对应抵接的第三框板和连接在两个所述第三框板之间且与所述第二框板对应抵接的第四框板。

在三维叠层热管的一些实施例中，所述第一框条的一端开设有与所述蒸汽腔连通的第一缺口，所述第一卡接筋的一端开设有与所述回流腔连通的第二缺口，所述主框体的一端开设有与所述循环腔连通的第三缺口，所述隔层框体的一端开设有与所述循环腔连通的第四缺口，所述第一缺口、所述第二缺口、所述第三缺口以及所述第四缺口形成填充口。

根据第二方面，一种实施例中提供了一种如第一方面所述的三维叠层热管的制备方法，包括：

加工制作出盖板、主框体以及隔层框体；

将盖板、主框体以及隔层框体堆叠组装三维叠层热管；

对回流腔和蒸汽腔进行抽真空处理，并灌注工作介质至回流腔内。

在三维叠层热管的制备方法一些实施例中，所述加工制作出盖板、主框体以及隔层框体包括：

通过冲裁模具冲裁加工获得盖板、主框体以及隔层框体；

通过局部成形模具对盖板冲压局部形成第一卡接筋、对主框体冲压局部形成卡接槽、对隔层框体冲压局部形成第二卡接筋。

在三维叠层热管的制备方法一些实施例中，所述三维叠层热管的制备方法还包括：在所述将盖板、主框体以及隔层框体堆叠组装三维叠层热管之后对堆叠组装形成的三维叠层热管进行压力热扩散焊接处理。

在三维叠层热管的制备方法一些实施例中，所述三维叠层热管的制备方法还包括：在所述加工制作出盖板、主框体以及隔层框体之前根据盖板、主框体、隔层框体的轮廓形状设计并制造对应的冲裁模具和局部成形模具。

采用本发明实施例，具有如下有益效果：

由两个盖板和夹设在两个盖板之间的主框体形成循环腔，循环腔的一端设置为蒸发端，循环腔的另一端设置为冷凝腔；且盖板的第一框条将循环腔分隔成共面的蒸汽腔和回流腔，蒸发端受热，回流腔内的工作介质受热蒸发成气体并通过气隙运动到蒸汽腔，因为热传导原理气体会从蒸汽腔的蒸发端运动到冷凝端冷凝成液体，并通过回流腔中毛细吸液芯的毛细压力回流到蒸发端，以此循环散热。本技术方案中，一方面通过盖板的第一框条将循环腔分隔成共面的蒸汽腔和回流腔，即，回流腔位于蒸汽腔的一侧，回流腔和蒸汽腔的高度均互不影响，从而提高了热管的传热效果；另一方面，通过气隙连通回流腔和蒸汽腔，实现气液分离，气体大部分在蒸汽腔中运动，液体则在回流腔中流动，解决了因热管内汽体与液体运动方向相反、气体的运动速度随着热管功率的升高而变大，进而会将回流的液体撕裂带走的问题，从而大幅度提高了散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的部分剖面示意图；

图3示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的盖板的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的主框体的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的主框体的局部放大示意图；

图6示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的隔层框体的结构示意图；

图7示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的隔层框体的局部剖面示意图；

图8示出了根据本发明实施例所提供的一种三维叠层热管的制备方法的一工艺流程示意图。

主要元件符号说明：

10、盖板；11、第一框条；11a、第二缺口；12、第一卡接筋；12a、第一缺口；20、主框体；20a、卡接槽；20b、第三缺口；21、第一框板；22、第二框板；30、隔层框体；30a、第四缺口；30b、第二卡接筋；30c、第二框条；31、第三框板；32、第四框板；40、循环腔；41、回流腔；411、子回流腔；42、蒸汽腔；100、三维叠层热管；100a、气隙；100b、填充口。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以通过其他多种不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1-图7，在本发明实施例中，提供了一种三维叠层热管100，该三维叠层热管100包括：两个相对且间隔设置的盖板10以及夹设在两个盖板10之间的主框体20，两个盖板10以及主框体20形成循环腔40，循环腔40的一端设置为蒸发端，循环腔40的另一端设置为冷凝端；盖板10的板面凸起形成的第一框条11，两个盖板10上的第一框条11间隔设置形成气隙100a，循环腔40经第一框条11分隔成由气隙100a连通的蒸汽腔42和回流腔41，回流腔41的内壁面设置有毛细吸液芯，且回流腔41中填充有工作介质。

在本发明中，由两个盖板10和夹设在两个盖板10之间的主框体20形成循环腔40，循环腔40的一端设置为蒸发端，循环腔40的另一端设置为冷凝腔；且盖板10的第一框条11将循环腔40分隔成共面的蒸汽腔42和回流腔41，蒸发端受热，回流腔41内的工作介质受热蒸发成气体并通过气隙100a运动到蒸汽腔42，因为热传导原理气体会从蒸汽腔42的蒸发端运动到冷凝端冷凝成液体，并通过回流腔41中毛细吸液芯的毛细压力回流到蒸发端，以此循环散热。本技术方案中，一方面通过盖板10的第一框条11将循环腔40分隔成共面的蒸汽腔42和回流腔41，即，回流腔41位于蒸汽腔42的一侧，回流腔41和蒸汽腔42的高度均互不影响，从而提高了热管的传热效果；另一方面，通过气隙100a连通回流腔41和蒸汽腔42，实现气液分离，气体大部分在蒸汽腔42中运动，液体则在回流腔41中流动，解决了因热管内汽体与液体运动方向相反、气体的运动速度随着热管功率的升高而变大，进而会将回流的液体撕裂带走的问题，从而大幅度提高了散热效果。

参见图3，气体的运动方向如白色箭头所示，液体的流动方向黑色箭头所示。

需要说明的是，在本实施例中，三维叠层热管100的厚度等于盖板10和主框体20的叠加厚度，盖板10和主框体20越薄，则三维叠层热管100厚度越小；此外，还可以通过调整回流腔41中毛细吸液芯的垂直盖板10的长度方向的截面尺寸，实现可控的毛细压力变化趋势。

在一些具体的实施例中，两个第一框条11以及两个盖板10形成蒸汽腔42，两个第一框条11、两个盖板10以及主框体20形成回流腔41。因此，回流腔41环绕蒸汽腔42设置，以增大毛细吸液芯的作用面积，提高散热效果。

在一种实施例中，主框体20至少为两个，三维叠层热管100还包括夹设在相邻两个主框体20之间的隔层框体30，隔层框体30朝向第一框条11凸起延伸形成第二框条30c，气隙100a经第二框条30c分隔成若干个子气隙100a，回流腔41经隔层框体30分隔成若干个子回流腔411，子回流腔411经子气隙100a与蒸汽腔42连通。

在本实施例中，可根据实际需要确定主框体20和隔层框体30的数量，通过主框体20和隔层框体30将回流腔41分隔成若干个与蒸汽腔42连通的子回流腔411。需要说明的是，在本实施例中三维叠层热管100的厚度等于盖板10、主框体20以及隔层框体30的叠加厚度，盖板10、主框体20以及隔层框体30的厚度越薄，则三维叠层热管100厚度越小。

在一种实施例中，主框体20上开设有卡接槽20a，盖板10的板面朝向卡接槽20a凸起形成第一卡接筋12，隔层框体30朝向卡接槽20a凸起形成第二卡接筋30b，第一卡接筋12和第二卡接筋30b对应收容于卡接槽20a中。在盖板10上的第一卡接筋12卡接在主框体20的卡接槽20a中，隔层框体30上第二卡接筋30b卡接在主框体20的卡接槽20a中，可防止盖板10与主框体20、主框体20与隔层框体30之间发生错位，并且可以有效提高三维叠层热管100的热扩散焊接质量，提高三维叠层热管100的密封质量，防止三维叠层热管100使用过程中气液成份发生泻漏。

在一种实施例中，主框体20至少包括两个相对且间隔设置第一框板21和连接在两个第一框板21之间的第二框板22，第一框条11位于在相邻两个第一框板21之间；隔层框体30至少包括两个相对间隔设置且与第一框板21对应抵接的第三框板31和连接在两个第三框板31之间且与第二框板22对应抵接的第四框板32。任意相邻的两个第一框板21、连接在该相邻两个第一框板21之间的第二框板22以及框条可确定一个蒸汽腔42和一个环绕蒸汽腔42设置的回流腔41，即通过设置第一框板21、第二框板22以及框条的数量可同时形成若干个间隔排列回流腔41和蒸发腔，且工艺时间和成本无明显增加；隔层框体30则对应主框体20的第一框板21、第二框板22的数量对应设置第三框板31、第四框板32的数量，将回流腔41分隔成子回流腔411，将气隙100a分隔成子气隙100a。

在一些具体的实施例中，第一框条11的一端开设有与蒸汽腔42连通的第一缺口12a，第一卡接筋12的一端开设有与回流腔41连通的第二缺口11a，主框体20的一端开设有与循环腔40连通的第三缺口20b，隔层框体30的一端开设有与循环腔40连通的第四缺口30a，第一缺口12a、第二缺口11a、第三缺口20b以及第四缺口30a形成填充口100b。通填充口100b可以循环腔40(回流腔41和蒸汽腔42)进行抽真空处理，并向回流腔41中注入工作介质。

本发明实施例还提供了一种针对上述三维叠层热管100的制备方法，参见图8，包括：

101、加工制作出盖板10、主框体20以及隔层框体30；

102、将盖板10、主框体20以及隔层框体30堆叠组装三维叠层热管100；

103、对回流腔41和蒸汽腔42进行抽真空处理，并灌注工作介质至回流腔41内。

其中，盖板10、主框体20以及隔层框体30由铜箔材料制成，通过将热管分隔成盖板10、主框体20以及隔层框体30，降低了生产成本，根据需要的蒸汽腔42、回流腔41、气隙100a的数量大小以及子回流腔411、子气隙100a的数量大小，对盖板10、主框体20以及隔层框体30的轮廓形状进行设计并加工制作出来，然后进行堆叠组装得到三维叠层热管100，接着，对回流腔41和蒸汽腔42进行抽真空处理，并灌注工作介质至回流腔41内，使该三维叠层热管100可以进行散热。

需要说明的是，在对回流腔41和蒸汽腔42进行抽真空处理，并灌注工作介质至回流腔41内，还需要对填充口100b进行封口处理。

在一些具体的实施例中，加工制作出盖板10、主框体20以及隔层框体30包括：

通过冲裁模具冲裁加工获得盖板10、主框体20以及隔层框体30；

通过局部成形模具对盖板10冲压局部形成第一卡接筋12、对主框体20冲压局部形成卡接槽20a、对隔层框体30冲压局部形成第二卡接筋30b。

在制作加工盖板10、主框体20以及隔层框体30时，主要包括两个部分：先是通过通过冲裁模具冲裁加工获得盖板10、主框体20以及隔层框体30，再局部成形模具分别对盖板10、主框体20以及隔层框体30冲压局部形成第一卡接筋12、卡接槽20a、第二卡接筋30b，使得盖板10、主框体20以及隔层框体30堆叠组装时保持相对稳定。

在一种实施例中，三维叠层热管100的制备方法还包括：在将盖板10、主框体20以及隔层框体30堆叠组装三维叠层热管100之后，还可以对堆叠组装形成的三维叠层热管100进行压力热扩散焊接处理，将盖板10、主框体20以及隔层框体30焊接为一个整体，提高三维叠层热管100的各个部件的相对稳定性。

在一些具体的实施例中，三维叠层热管100的制备方法还包括：加工制作出盖板10、主框体20以及隔层框体30之前还包括：根据盖板10、主框体20、隔层框体30的轮廓形状设计并制造对应的冲裁模具和局部成形模具，通过冲裁模具和局部成形模具加工出盖板10、主框体20以及隔层框体30。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种三维叠层热管，其特征在于，包括：

两个相对且间隔设置的盖板以及夹设在两个所述盖板之间的主框体，两个所述盖板以及所述主框体形成循环腔，所述循环腔的一端设置为蒸发端，所述循环腔的另一端设置为冷凝端；所述盖板的板面凸起形成了第一框条，两个所述盖板上的第一框条间隔设置形成气隙，所述循环腔经所述第一框条分隔成由所述气隙连通的蒸汽腔和回流腔，所述回流腔的内壁面设置有毛细吸液芯，且所述回流腔中填充有工作介质；

其中，两个所述第一框条以及两个所述盖板形成所述蒸汽腔，两个所述第一框条、两个所述盖板以及所述主框体形成所述回流腔；

所述主框体至少为两个，所述三维叠层热管还包括夹设在相邻两个所述主框体之间的隔层框体，所述隔层框体朝向所述第一框条凸起延伸形成第二框条，所述气隙经所述第二框条分隔成若干个子气隙，所述回流腔经所述隔层框体分隔成若干个子回流腔，所述子回流腔经所述子气隙与所述蒸汽腔连通。

2.根据权利要求1所述的三维叠层热管，其特征在于，所述主框体上开设有卡接槽，所述盖板的板面朝向所述卡接槽凸起形成第一卡接筋，所述隔层框体朝向所述卡接槽凸起形成第二卡接筋，所述第一卡接筋和所述第二卡接筋对应收容于所述卡接槽中。

3.根据权利要求2所述的三维叠层热管，其特征在于，所述主框体至少包括两个相对且间隔设置的第一框板和连接在两个所述第一框板之间的第二框板，所述第一框条位于在相邻两个所述第一框板之间；隔层框体至少包括两个相对间隔设置且与所述第一框板对应抵接的第三框板和连接在两个所述第三框板之间且与所述第二框板对应抵接的第四框板。

4.根据权利要求3所述的三维叠层热管，其特征在于，所述第一框条的一端开设有与所述蒸汽腔连通的第一缺口，所述第一卡接筋的一端开设有与所述回流腔连通的第二缺口，所述主框体的一端开设有与所述循环腔连通的第三缺口，所述隔层框体的一端开设有与所述循环腔连通的第四缺口，所述第一缺口、所述第二缺口、所述第三缺口以及所述第四缺口形成填充口。

5.一种如权利要求1-4中任一项所述的三维叠层热管的制备方法，其特征在于，包括：

加工制作出盖板、主框体以及隔层框体；

将盖板、主框体以及隔层框体堆叠组装三维叠层热管；

对回流腔和蒸汽腔进行抽真空处理，并灌注工作介质至回流腔内。

6.根据权利要求5所述的三维叠层热管的制备方法，其特征在于，所述加工制作出盖板、主框体以及隔层框体包括：

通过冲裁模具冲裁加工获得盖板、主框体以及隔层框体；

通过局部成形模具对盖板冲压局部形成第一卡接筋、对主框体冲压局部形成卡接槽、对隔层框体冲压局部形成第二卡接筋。

7.根据权利要求6所述的三维叠层热管的制备方法，其特征在于，所述三维叠层热管的制备方法还包括：在所述将盖板、主框体以及隔层框体堆叠组装三维叠层热管之后对堆叠组装形成的三维叠层热管进行压力热扩散焊接处理。

8.根据权利要求7所述的三维叠层热管的制备方法，其特征在于，所述三维叠层热管的制备方法还包括：在所述加工制作出盖板、主框体以及隔层框体之前根据盖板、主框体、隔层框体的轮廓形状设计并制造对应的冲裁模具和局部成形模具。

Images