專(zhuān)利名稱(chēng)：多通道嵌入吸液芯式平板熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于多個(gè)局部高熱流密度熱源的電子設(shè)備系統(tǒng)的散熱，具體涉及
的是一種多通道嵌入吸液芯式平板熱管。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備系統(tǒng)的功率越來(lái)越大但物理尺寸卻越來(lái)越 小，熱流密度也隨之急劇增加。若無(wú)法及時(shí)散出電子設(shè)備系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量，系統(tǒng)溫度會(huì)急 劇升高。已有的研究表明，電子元器件的溫度每升高l(TC，其工作效率降低50%以上，因此 如何實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的高效散熱對(duì)提高其系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。在電子設(shè)備系統(tǒng) 中，單個(gè)電子元件或電路的可靠性取決于工作溫度，必須為電子元器件提供一個(gè)良好環(huán)境 以使工作溫度不超過(guò)相應(yīng)的額定值。電子元器件工作性能除受工作溫度影響外，還需保證 電子設(shè)備表面溫度的均勻性，局部熱點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致電子設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力和熱變形，從而 影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，進(jìn)行有效的熱分析和熱設(shè)計(jì)，采用高效熱控制技術(shù)提高 電子設(shè)備系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性已成為解決此難題的關(guān)鍵。 目前，隨著微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，電子系統(tǒng)正向著集成化和小型化方向發(fā)展，印 刷電路板中大量的集成電路芯片無(wú)疑產(chǎn)生許多的高溫點(diǎn)，形成多熱源情況。而傳統(tǒng)的散熱 方式采用鋁制、銅制散熱片外加風(fēng)扇的強(qiáng)迫對(duì)流換熱方法，只能用于熱流密度不大于10W/ cn^的芯片散熱，傳統(tǒng)的普通熱管也只能滿足單熱源條件下的散熱要求，但對(duì)于高熱流密 度、多熱源的電子設(shè)備系統(tǒng)，卻無(wú)法滿足散熱能力和均溫性的雙重要求。因此，必須研究和 開(kāi)發(fā)新型高效的散熱、均溫技術(shù)以適應(yīng)局部高熱流密度、多熱源的電子電器設(shè)備散熱要求。 如果溫度均勻性和傳熱能力指標(biāo)達(dá)不到要求，會(huì)大大降低電子元器件的工作性能，并且在 某些情況下甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)電路板的燒毀。因此對(duì)于局部高熱流密度、多熱源的電子設(shè)備 系統(tǒng)，亟待需要研制新型高效的冷卻散熱裝置，消除局部熱點(diǎn)的產(chǎn)生以提高多個(gè)熱源的電 子設(shè)備表面溫度均勻性，進(jìn)而保證多個(gè)電子元器件在都能在正常的工作溫度范圍安全、高 效、穩(wěn)定的工作。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題 為解決局部高熱流密度、多熱源電子設(shè)備系統(tǒng)散熱所需求的散熱能力強(qiáng)和均溫性
能高的雙重難題，本發(fā)明提供一種多通道嵌入吸液芯式平板熱管，能高效擴(kuò)散電子設(shè)備產(chǎn)
生的熱量，減低電子設(shè)備表面溫度，更能消除局部熱點(diǎn)產(chǎn)生，使得電子設(shè)備系統(tǒng)表面溫度均
勻，為電子設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性提供可靠保證。 技術(shù)方案 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 —種多通道嵌入吸液芯式平板熱管，由高導(dǎo)熱基板、吸液芯和工作介質(zhì)構(gòu)成，在所 述基板的上表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有上窄空腔，在所述基板的下表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有下窄空腔，在所述
3的上窄空腔與下窄空腔之間設(shè)置有連通所述的上窄空腔與下窄空腔的呈陣列布置的連通
通道，在所述的連通通道之間還設(shè)置有連通所述連通通道的貫穿通道；在所述的下窄空腔、
上窄空腔填滿所述的吸液芯，在所述的連通通道和貫穿通道內(nèi)表面也設(shè)置所述的吸液芯；
所述的工作介質(zhì)位于所述基板內(nèi)部的上窄空腔、下窄空腔、貫穿通道以及連通通道中。 所述的基板由上蓋板、下蓋板以及位于上蓋板和下蓋板之間的中間板組成，所述
的上窄空腔設(shè)置在中間板的上表面或上蓋板的下表面，所述的下窄空腔設(shè)置在中間板的下
表面或下蓋板的上表面。 所述的平板熱管基板材料為銅(銅合金)、鋁(鋁合金)、鋼(合金鋼)、銀等多種 高導(dǎo)熱性能金屬。 所述的平板熱管工作介質(zhì)為為水、氨、丙酮、乙醇、甲醇、液態(tài)金屬或制冷劑等各種 類(lèi)型熱管工質(zhì)。 所述的平板熱管吸液芯為多孔金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)金屬粉末和復(fù)合吸液芯 等。在所述的上/下窄空腔內(nèi)填滿吸液芯；在所述的連通通道和貫穿通道內(nèi)設(shè)置吸液芯。
所述的貫穿通道設(shè)置在連通通道的兩端或一端，在連通通道軸向方向的任意位置 也可加設(shè)貫穿通道。 所述的貫穿通道橫截面的形狀為矩形、圓形、梯形、弧形等任意形狀的多邊形，其
內(nèi)表面可開(kāi)任意形狀的小槽，其小槽形狀可為"V"形、矩形、弧形、梯形等任意形狀的多邊
形。連通通道的陣列布置方式為平行布置、交叉布置等任意不規(guī)則方式布置。 所述的連通通道橫截面的形狀為矩形、圓形、弧形等任意形狀的多邊形，連通通道
內(nèi)側(cè)壁面可開(kāi)任意形狀的小槽，其小槽形狀可為"V"形、矩形、梯形等任意形狀的多邊形。 所述的平板熱管冷卻方式為空氣(也可以為水等多種類(lèi)型液體或氣體工質(zhì))強(qiáng)迫
對(duì)流換熱等多種冷卻方式。 所述的平板熱管的熱源為單個(gè)熱源、兩個(gè)熱源或多個(gè)熱源，熱源之間的相對(duì)位置 是可以任意布置的。 本發(fā)明涉及到的平板熱管是利用蒸發(fā)窄空腔(熱源接觸面所在窄空腔，可以是上 窄空腔或下窄空腔，內(nèi)部充滿吸液芯材料)內(nèi)工作液體吸收多個(gè)局部高熱流密度熱源處熱 量而產(chǎn)生蒸發(fā)相變，從多個(gè)熱源點(diǎn)蒸發(fā)相變產(chǎn)生的蒸汽迅速通過(guò)貫穿通道向各自的四周擴(kuò) 散進(jìn)而通過(guò)呈陣列布置的多個(gè)連通通道達(dá)到大面積冷卻面，然后在冷凝散熱面冷凝，釋放 出的熱量直接傳輸給外界冷源。冷凝產(chǎn)生的凝結(jié)液通過(guò)冷凝窄空腔(冷源接觸面所在窄空 腔，下窄空腔或上窄空腔，內(nèi)部充滿吸液芯材料)內(nèi)的吸液芯向四周滲流進(jìn)而通過(guò)呈陣列 布置的連通通道內(nèi)的毛細(xì)吸液芯抽吸到蒸發(fā)窄空腔內(nèi)的吸液芯，凝結(jié)液再次吸收高熱流密 度熱源熱量而產(chǎn)生蒸汽。這樣，在毛細(xì)泵的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)了熱管內(nèi)工質(zhì)毛細(xì)相變換熱循環(huán)。由 于該發(fā)明所涉及到的熱管能將多個(gè)(含單個(gè))局部高熱流熱源點(diǎn)產(chǎn)生的熱量迅速通過(guò)汽化 潛熱帶走，由于汽化潛熱大，因此能瞬時(shí)降低受熱面的溫度水平，并可有效消除局部熱點(diǎn)的 產(chǎn)生，使得平板熱管受熱面具有優(yōu)越等溫性能，進(jìn)而保證電子元器件的安全、穩(wěn)定、高效工 作。 本發(fā)明提供一種為多個(gè)局部高熱流密度熱源的電子設(shè)備系統(tǒng)散熱的新型高效的 多通道嵌入吸液芯式平板熱管。在該型平板熱管使用中，熱管可以位于任意傾斜角度下工 作(包括水平和垂直工況)，也就是說(shuō)，在順重力和逆重力條件下均能工作。當(dāng)具有多熱源的受熱面(蒸發(fā)段)位于上(下)側(cè)時(shí)，其對(duì)應(yīng)的冷卻面(冷凝段)位于下(上)側(cè)。對(duì) 于熱管處于水平狀態(tài)且熱源位于下側(cè)工況時(shí)，連通上下空腔的呈陣列布置的多個(gè)圓柱形通 道內(nèi)壁可以不需要吸液芯，但上/下窄空腔內(nèi)還是要布滿吸液芯。除此工況外，連通通道內(nèi) 壁、上/下窄空腔內(nèi)都要布置吸液芯。 上/下窄空腔內(nèi)填滿毛細(xì)芯，不僅大大增加了有效的蒸發(fā)和冷凝換熱面積，還為 蒸發(fā)/冷凝面提供了流體流動(dòng)的多向輸運(yùn)通道，可及時(shí)輸送補(bǔ)充多個(gè)局部高熱流密度點(diǎn)蒸 發(fā)相變的所需液體工質(zhì)。進(jìn)而消除了多個(gè)熱源點(diǎn)可能產(chǎn)生的局部熱點(diǎn)，有效保證了平板熱 管受熱面溫度的均勻性并大大降低了受熱面的溫度水平。 貫穿通道的布置，使得由多個(gè)局部高熱流密度熱源導(dǎo)致的液體蒸發(fā)相變產(chǎn)生的蒸 汽可快速向四周擴(kuò)散并貫穿到整個(gè)蒸汽腔，進(jìn)而有效地通過(guò)呈陣列布置的連通通道流向冷 凝面，使其在冷凝面所在窄空腔內(nèi)凝結(jié)成液體。冷凝段的貫穿通道使得蒸汽也可向冷凝窄 空腔的整個(gè)平面擴(kuò)散，從而保證了冷凝面溫度的均勻，消除了局部高溫的現(xiàn)象，擴(kuò)大了冷源 側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)，進(jìn)而達(dá)到降低受熱面溫度的目的。 呈陣列布置的連通通道，大大增加了吸液芯的布置面積，進(jìn)而大幅度擴(kuò)展了凝結(jié) 液毛細(xì)流向蒸發(fā)面所在窄空腔的輸送途徑，對(duì)于滿足多熱源蒸發(fā)相變所需凝結(jié)液從各個(gè)方 向得到及時(shí)高效補(bǔ)充具有積極意義。
有益效果 本發(fā)明涉及的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，不僅大大增加了蒸發(fā)和冷凝的有效 換熱面積(由蒸發(fā)/冷凝窄空腔內(nèi)吸液芯來(lái)實(shí)現(xiàn))，還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)局部高熱流點(diǎn)熱源產(chǎn)生的 熱量迅速向大冷卻面擴(kuò)散傳播，并能大幅度擴(kuò)展凝結(jié)液從冷凝面所在窄空腔毛細(xì)流向蒸發(fā) 面所在窄空腔的輸送途徑。以上這些有利因素大大強(qiáng)化了熱管的傳熱性能，能有效地消除 多個(gè)局部高熱量密度熱源點(diǎn)可能產(chǎn)生的局部熱點(diǎn)，提高受熱面的溫度均勻性并降低電子設(shè) 備表面溫度水平，進(jìn)而保證電子設(shè)備系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效工作。另外，該型熱管還可以在 任意傾斜角度下工作(包括水平和垂直工況)，使得該型熱管換熱器的使用不受熱源點(diǎn)位 置所限制。


圖1多通道嵌入吸液芯式平板熱管立體示意圖。
圖2本發(fā)明連通通道與貫穿通道連接示意圖。
圖3本發(fā)明平板熱管內(nèi)吸液芯布置(局部剖面)。
圖4本發(fā)明平板熱管工作原理示意圖。 圖中1.上蓋板；2.中間板；3.下蓋板；4.連通通道；5.貫穿通道；6.上窄空腔； 7.下窄空腔；8.吸液芯；9.蒸發(fā)段；10.冷凝段；11.高熱流密度熱源；12.冷源；13.蒸氣；
14.凝結(jié)液
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)行更進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明 圖1給出了平板熱管立體圖，一種多通道嵌入吸液芯式平板熱管，由高導(dǎo)熱基板、 吸液芯和工作介質(zhì)構(gòu)成?；蹇梢圆捎梅煮w式加工方式，即由上蓋板1、下蓋板3以及位于
5上蓋板1和下蓋板3之間的中間板2組成。在基板的上表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有上窄空腔6，在基板 的下表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有下窄空腔7。上窄空腔6設(shè)置在中間板3的上表面或上蓋板1的下表 面，下窄空腔7可設(shè)置在中間板2的下表面或下蓋板3的上表面。在上窄空腔6與下窄空 腔7之間設(shè)置有連通通道4，在上窄空腔6、下窄空腔7以及連通通道4內(nèi)均設(shè)置有吸液芯 8，在連通通道4之間還設(shè)置有連通連通通道4的貫穿通道5，貫穿通道5設(shè)置在連通通道4 的兩端。 貫穿通道5橫截面的形狀為矩形、圓形、弧形、梯形等任意形狀的多邊形，其內(nèi)表
面可開(kāi)任意形狀的小槽，其小槽形狀可為"V"形、矩形、梯形等任意形狀的多邊形。連通通
道4橫截面的形狀為矩形、圓形、弧形、梯形、三角形等任意形狀的多邊形，連通通道內(nèi)側(cè)壁
面可開(kāi)任意形狀的小槽，其小槽形狀可為"V"形、矩形、梯形等任意形狀的多邊形。 工質(zhì)處在上窄空腔6、下窄空腔7、連通通道4、貫穿通道5這四者的吸液芯內(nèi)和連
通通道4和貫穿通道5這二者的蒸汽腔中，上下窄空腔(6、7)保證了平板熱管上下表面溫
度的均勻。內(nèi)表面吸液芯8保證了該型熱管具有強(qiáng)勁的毛細(xì)力和足夠的蒸發(fā)和冷凝面積，
呈陣列布置的連通通道4提供了蒸汽和工作液體的流動(dòng)通道，保證了上下窄空腔內(nèi)工質(zhì)的
連續(xù)。貫穿通道5能迅速實(shí)現(xiàn)蒸汽向四周擴(kuò)散，消除局部熱點(diǎn)的產(chǎn)生。 圖2給出了內(nèi)部縱橫通道單元體示意圖，該圖能清晰的表達(dá)本發(fā)明涉及的平板熱
管內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 圖3給出了本發(fā)明平板熱管內(nèi)局部吸液芯布置。在下窄空腔、上窄空腔填滿吸液 芯，在所述的連通通道和貫穿通道內(nèi)表面設(shè)置吸液芯。 圖4給出了本發(fā)明平板熱管工作原理圖。平板熱管的工作原理為蒸發(fā)段9(上窄 空腔6或下窄空腔7)內(nèi)吸液芯中工作液體在高熱流密度熱源11作用下吸收熱源熱量發(fā)生 蒸發(fā)相變，產(chǎn)生的蒸汽13通過(guò)貫穿通道5內(nèi)向四周擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)呈陣列布置的連通通道4到 達(dá)冷凝段IO，最終在冷源的作用12下釋放出潛熱而使蒸汽冷凝成液體進(jìn)入冷凝面所在窄 空腔內(nèi)吸液芯，凝結(jié)液14在毛細(xì)力的作用下不斷流向熱源所在面的窄腔內(nèi)，毛細(xì)吸液芯內(nèi) 的工作液體再次吸收熱量，再次蒸發(fā)，如此不斷循環(huán)，而帶走熱量。由于多處熱源點(diǎn)蒸發(fā)相 變所需的凝結(jié)液14能從其四周得到及時(shí)有效的補(bǔ)充使得浸在吸液芯中的工質(zhì)始終處于氣 液飽和狀態(tài)，保證了平板熱管表面溫度均勻性的要求。本發(fā)明涉及到新型平板熱管具有消 除局部熱點(diǎn)和提高溫度均勻性的優(yōu)勢(shì)，解決多熱源條件下電子設(shè)備系統(tǒng)散熱難題。
權(quán)利要求
一種多通道嵌入吸液芯式平板熱管，由高導(dǎo)熱基板、吸液芯和工作介質(zhì)構(gòu)成，其特征在于在所述基板的上表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有上窄空腔，在所述基板的下表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有下窄空腔，在所述的上窄空腔與下窄空腔之間設(shè)置有連通所述的上窄空腔與下窄空腔的呈陣列布置的連通通道，在所述的連通通道之間還設(shè)置有連通所述連通通道的貫穿通道；在所述的下窄空腔、上窄空腔填滿所述的吸液芯，在所述的連通通道和貫穿通道內(nèi)表面也設(shè)置所述的吸液芯；所述的工作介質(zhì)位于所述基板內(nèi)部的上窄空腔、下窄空腔、貫穿通道以及連通通道中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，其特征在于所述的貫穿通 道設(shè)置在連通通道的兩端或一端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，其特征是所述的貫穿通道 橫截面的形狀為矩形、圓形、梯形、弧形或三角形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，其特征在于所述的基板由 上蓋板、下蓋板以及位于上蓋板和下蓋板之間的中間板組成，所述的上窄空腔設(shè)置在中間 板的上表面上或上蓋板的下表面，下窄空腔設(shè)置在中間板的下表面或上蓋板的上表面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，其特征在于所述的連通通 道截面形狀為圓形、矩形、弧形、三角形或梯形。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，其特征在于所述吸液芯為 多孔金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、燒結(jié)金屬粉末或復(fù)合吸液芯。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，所述的基板材料為銅、銅合 金、鋁、鋁合金、鋼、合金鋼或銀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道嵌入吸液芯式平板熱管，所述的工作介質(zhì)為水、氨、丙 酮、乙醇、甲醇、液態(tài)金屬或制冷劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多通道嵌入吸液芯式平板熱管，由高導(dǎo)熱基板、吸液芯和工作介質(zhì)構(gòu)成，在基板的上表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有上窄空腔，在基板的下表面內(nèi)側(cè)設(shè)置有下窄空腔，在上窄空腔與下窄空腔之間設(shè)置有連通通道，在連通通道之間還設(shè)置有貫穿通道；在下窄空腔、上窄空腔、連通通道以及貫穿通道內(nèi)表面設(shè)置吸液芯；工作介質(zhì)位于基板內(nèi)部的上窄空腔、下窄空腔、貫穿通道以及連通通道中。本發(fā)明多通道嵌入吸液芯式平板熱管，不僅大大增加了蒸發(fā)和冷凝的有效換熱面積，還能實(shí)現(xiàn)多個(gè)局部高熱流點(diǎn)熱源產(chǎn)生的熱量迅速向大冷卻面擴(kuò)散傳播，實(shí)現(xiàn)了提高受熱面的溫度均勻性和降低電子設(shè)備表面溫度水平的目標(biāo)，進(jìn)而保證電子設(shè)備系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效工作。
文檔編號(hào)F28D15/04GK101762196SQ20101001729
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者張程賓, 施明恒, 朱旺法, 陳永平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)