專利名稱：一種脈動熱管擴熱板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種脈動熱管擴熱板，制備的脈動熱管擴熱板是一種高效導(dǎo)熱元件，能廣泛應(yīng)用于電子元器件的冷卻領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，電子產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于計算機、航空航天、通信、軍工、民用電子設(shè)備等領(lǐng)域。而電子元器件可靠性的改善、功率容量的增加以及結(jié)構(gòu)的微小型化等都直接取決于器件本身熱控制的完善程度，因此散熱問題已成為電子產(chǎn)品穩(wěn)定運行、研制與發(fā)展的關(guān)鍵問題。電子元器件的正常工作溫度范圍一般為-5 +65°C，超過這個溫度范圍，元件的性能明顯下降，不能穩(wěn)定工作，這將影響系統(tǒng)運行的可靠性。研究和實際應(yīng)用表明，單個半導(dǎo)體元件的溫度每升高10°c，系統(tǒng)的可靠性將降低50%，溫度每下降10°C，其壽命會延長一 倍。尤其是隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，使得單位容積電子器件的發(fā)熱量快速增大。以微電子芯片為例，目前其散熱量一般已達60 90W/cm2，最高已達200W/cm2。由此可見，電子設(shè)備的散熱在多個領(lǐng)域都備受關(guān)注，成為急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。脈動熱管作為一種新型、高效的傳熱元件，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可實現(xiàn)高熱流、安裝方便等特點，在微電子元器件的冷卻以及航空航天領(lǐng)域的熱控制技術(shù)中極具應(yīng)用和發(fā)展?jié)摿?。脈動熱管的運行原理和傳熱特性與傳統(tǒng)熱管有很大的區(qū)別。脈動熱管工作時，一般可分為三部分，管的兩端分別為加熱段和冷卻段，管的中部為絕熱段，絕熱段也可省略。如圖I所示，為脈動熱管的基本原理示意圖，其運行原理為當管徑足夠小時，管內(nèi)將形成串聯(lián)的汽塞和液塞；在加熱段，汽泡或汽柱與管壁之間的液膜將不斷受熱蒸發(fā)，導(dǎo)致汽泡膨脹，壓力升高；同時在冷卻段，汽泡將冷凝縮小并破裂，壓力下降，致使加熱段和冷凝段之間產(chǎn)生了驅(qū)動壓力差，推動汽、液段塞在加熱段和冷卻段之間往復(fù)運動，熱量從一端傳向了另一端，從而實現(xiàn)熱的傳遞或溫度控制?？梢?，在脈動熱管中，工質(zhì)的相變主要是為工質(zhì)提供動力，相變換熱在脈動熱管的總傳遞熱流中所占的比重較小，熱管主要依靠工質(zhì)的顯熱變化實現(xiàn)熱量傳遞。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對電子元器件現(xiàn)有散熱技術(shù)的缺點和不足，提供一種脈動熱管擴熱板，以提高電子元器件的散熱效率，簡化散熱部件的結(jié)構(gòu)，利用脈動熱管的特性和微尺度強化換熱方法增大換熱量，使得電子元器件的工作性能更加可靠。為實現(xiàn)上述目標，本實用新型提供了一種脈動熱管擴熱板，所述脈動熱管擴熱板
(1)包括基板(9)，前、后堵頭(11、12)，脈動熱管(2)和蓋板(4、5、6)，其特征在于，所述基板
(9)上設(shè)置若干個平行的毛細管槽道(7)，相鄰兩毛細管槽道(7)之間的基板(9)上設(shè)置深度不超過基板厚度的狹縫(8);在與前、后堵頭(11、12)連接的基板兩端面上設(shè)置有若干個凸起部(10)，每個凸起部(10)位于相鄰兩毛細管槽道(7)之間的基板(9)上，且每個凸起部(10)的兩側(cè)壁與毛細管槽道(7)的側(cè)壁相切；基板(9)開有毛細管槽道(7)和狹縫(8)的一面焊接有蓋板(6);在形成有凸起部(10)的基板(9)的兩端面上分別焊接前、后堵頭(11、12)，每個堵頭(11、12)上設(shè)置若干個凹槽(11-2、12-1)，凹槽(11-2、12-1)的數(shù)量和對應(yīng)的凸起部(10)的數(shù)量相同，凹槽(11-2、12-1)和凸起部(10)相互配合形成脈動熱管(2)的彎頭，其中一個堵頭(11、12)上還設(shè)置連通環(huán)路(11-1)和充液管(3)，所述脈動熱管(2)中填充有工質(zhì)。優(yōu)選地，所述基板(9)為無氧銅板或L2鋁板。優(yōu)選地，所述工質(zhì)為R113、R124、R134a、水、氨、乙醇、丙酮或乙二醇。優(yōu)選地，所述毛細管槽道(7)的橫截面為角管或圓管。優(yōu)選地，在基板上加工毛細管槽道的方式為機械雕刻、電火花線切割、振動切削或
鑄造。 采用線切割的方式在基板上毛細管槽道的加工方式為機械雕刻、電火花線切割、振動切削或鑄造。機械雕刻由于采用的是純機械刀具雕刻方式，基板表面的毛刺較大。電火花線切割可加工窄縫達0. 07mm,內(nèi)孔圓角小于0. 035mm。振動切削不適用于切入薄板后對槽道的加工，但是振蕩切削對于板表面上的加工時可以提高加工精度和表面質(zhì)量，提高已加工表面的耐磨性和耐蝕性，保證其加工表面完整性。鑄造工藝較為傳統(tǒng)，鑄造出的元件一般較為粗糙，不適于鑄造尺寸較小的元件。對于堵頭可在加工板直接銑出槽道，這樣方法簡便；為了進一步提高堵頭結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，可以采用振動切削。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的脈動熱管擴熱板具有以下顯著的優(yōu)點(1)結(jié)構(gòu)簡單，成本低；(2)可以實現(xiàn)高熱流密度傳熱，易于實現(xiàn)微型化；(3)在合適的充裝量下，熱流密度可以很大而不會燒干；(4)適應(yīng)性強，可以根據(jù)工作狀況的不同彎折成適宜的形狀，因此具有相當多的變化形式，這大大增加了它的適應(yīng)性，擴大了其應(yīng)用領(lǐng)域；(5)適用范圍廣泛，脈動熱管可以用于水平加熱甚至頂加熱方式。而傳統(tǒng)熱管用于頂加熱方式時，運行受到很大的限制，重力熱管則根本不能運行。

圖I為本實用新型的脈動熱管擴熱板的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為脈動熱管擴熱板橫截面的示意圖。圖3為基板正視圖。圖4為基板側(cè)視圖。圖5為簡化后帶有連通環(huán)路的堵頭示意圖。圖6為簡化后堵頭橫截面示意圖。圖7為正方形截面毛細管的脈動熱管熱展板橫截面示意圖。圖8為圓形截面毛細管的脈動熱管熱展板橫截面示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡明本實用新型，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍，在閱讀了本實用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本實用新型的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。[0022]如圖I至6所示，所述脈動熱管擴熱板I包括基板9，前、后堵頭11、12，脈動熱管2和蓋板4、5、6，其特征在于，所述基板9上設(shè)置若干個平行的毛細管槽道7，相鄰兩毛細管槽道7之間的基板9上設(shè)置深度不超過基板厚度的狹縫8，擴熱板橫截面如圖2所示；在與前、后堵頭11、12連接的基板兩端面上設(shè)置有若干個凸起部10，如圖3、4所示，每個凸起部10位于相鄰兩毛細管槽道7之間的基板9上，且每個凸起部10的兩側(cè)壁與毛細管槽道7的側(cè)壁相切；基板9開有毛細管槽道7和狹縫8的一面焊接有蓋板6 ;在形成有凸起部10的基板9的兩端面上分別焊接前、后堵頭11、12，每個堵頭11、12上設(shè)置若干個凹槽11-2、12-1，凹槽11-2、12-1的數(shù)量和對應(yīng)的凸起部10的數(shù)量相同，凹槽11-2、12-1和凸起部10相互配合形成脈動熱管2的彎頭，其中一個堵頭11、12上還設(shè)置連通環(huán)路11-1和充液管3，前、后堵頭11、12形狀如圖5、6所示,所述脈動熱管2中填充有工質(zhì)。無氧銅板和L2鋁板是優(yōu)先選用的擴熱板材料?？紤]到所設(shè)計擴熱板的應(yīng)用背景，選取的工質(zhì)應(yīng)該在低溫范圍(200-550K)內(nèi)。此范圍內(nèi)的工質(zhì)較多，比較常用的主要有 水、氨、乙醇、丙酮、乙二醇、R113、R124和R134a等。設(shè)計選用了丙酮、乙醇等工質(zhì)。為進一步提高脈動熱管擴熱板的性能，還將考慮在所選工質(zhì)基液中加入納米粒子。為保證與管殼材料、工質(zhì)具有相容性，對于丙酮、乙醇工質(zhì)將加入Cu、CuO納米粒子，對配置成的納米流體來進行實驗。優(yōu)選地，毛細管槽道7的橫截面為角管或圓管，本實用新型主要采用正方形截面和圓形截面的毛細管通道，如圖7、圖8所示。如圖7所示，毛細管截面的正方形邊長均為
1.5mm，彎頭數(shù)11，即總共22根平行管，相鄰管道間的中心距為2. 5mm。如圖8所示，圓形截面毛細管的內(nèi)徑定為I. 5mm，彎頭數(shù)為11，即總共22根平行管，相鄰管道間的圓心距為
2.5mmo在基板9上毛細管槽道7的加工方式為機械雕刻、電火花線切割、振動切削或鑄造。機械雕刻由于采用的是純機械刀具雕刻方式，基板9表面的毛刺較大。電火花線切割可加工窄縫達0. 07mm,內(nèi)孔圓角小于0. 035mm。振動切削不適用于切入薄板后對槽道的加工，但是振蕩切削對于板表面上的加工時可以提高加工精度和表面質(zhì)量，提高已加工表面的耐磨性和耐蝕性，保證其加工表面完整性。鑄造工藝較為傳統(tǒng)，鑄造出的元件一般較微粗糙，不適于鑄造尺寸較小的元件。對于堵頭可在加工板直接銑出槽道，這樣方法簡便；為了進一步堵頭結(jié)構(gòu)的質(zhì)量可以采用振動切削。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種脈動熱管擴熱板，所述脈動熱管擴熱板(I)包括基板(9)，前、后堵頭(11、12)，脈動熱管(2)和蓋板(4、5、6)，其特征在于，所述基板(9)上設(shè)置若干個平行的毛細管槽道(7)，相鄰兩毛細管槽道(7)之間的基板(9)上設(shè)置深度不超過基板厚度的狹縫(8);在與前、后堵頭(11、12)連接的基板兩端面上設(shè)置有若干個凸起部(10)，每個凸起部(10)位于相鄰兩毛細管槽道(7)之間的基板(9)上，且每個凸起部(10)的兩側(cè)壁與毛細管槽道(7)的側(cè)壁相切；基板(9)開有毛細管槽道(7)和狹縫(8)的一面焊接有蓋板(6);在形成有凸起部(10)的基板(9)的兩端面上分別焊接前、后堵頭(11、12)，每個堵頭(11、12)上設(shè)置若干個凹槽(11-2、12-1)，凹槽(11-2、12-1)的數(shù)量和對應(yīng)的凸起部(10)的數(shù)量相同，凹槽(11-2、12-1)和凸起部(10)相互配合形成脈動熱管(2)的彎頭，其中一個堵頭(11、12)上還設(shè)置連通環(huán)路(11-1)和充液管(3 )，所述脈動熱管(2 )中填充有工質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈動熱管擴熱板，其特征在于，所述基板(9)為無氧銅板或L2鋁板。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的脈動熱管擴熱板，其特征在于，所述工質(zhì)為R113、R124、R134a、水、氨、乙醇、丙酮或乙二醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的脈動熱管擴熱板，其特征在于，所述毛細管槽道(7)的橫截面為角管或圓管。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的脈動熱管擴熱板，其特征在于，在基板上加工毛細管槽道的方式為機械雕刻、電火花線切割、振動切削或鑄造。
專利摘要本實用新型提供了一種脈動熱管擴熱板，包括基板，前、后堵頭，脈動熱管和蓋板，所述基板上設(shè)置若干個平行的毛細管槽道，相鄰兩毛細管槽道之間的基板上設(shè)置深度不超過基板厚度的狹縫；在基板兩端面上設(shè)置有若干個凸起部，且每個凸起部的兩側(cè)壁與毛細管槽道的側(cè)壁相切；基板開有毛細管槽道和狹縫的一面焊接有蓋板；基板的兩端面上分別焊接前、后堵頭，每個堵頭上設(shè)置若干個凹槽，凹槽和凸起部的數(shù)量相同，并形成脈動熱管的彎頭，其中一個堵頭上還設(shè)置連通環(huán)路和充液管。本實用新型的脈動熱管擴熱板是一種高效導(dǎo)熱元件，并且結(jié)構(gòu)簡單，易加工，利用脈動熱管的特性和微尺度強化換熱方法增大換熱量，使得電子元器件的工作性能更加可靠，能廣泛應(yīng)用于電子元器件的冷卻領(lǐng)域。
文檔編號F28F3/06GK202562341SQ201220115808
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者桂小紅, 王煥光, 劉強 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所