專(zhuān)利名稱(chēng)：用于電子元件的扁曲型熱管式集成散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子散熱技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到用于電子元件散熱的熱管與翅片的集成散熱器。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)CPU的工作頻率和集成度的不斷提高，其產(chǎn)生的熱流量不斷增加，這是限制CPU的運(yùn)行速度和穩(wěn)定性的主要原因。而在其他一些電子設(shè)備中，如大功率整流電路，散熱問(wèn)題也同樣是非常重要的。如若電子元件散熱不良，在運(yùn)行中產(chǎn)生的高溫，會(huì)使電子元器件工作不穩(wěn)定，甚至燒損。
通常的電子元件散熱方法是使用擠制鋁合金散熱器，隨之出現(xiàn)了純銅散熱器和銅鋁復(fù)合散熱器等，由于上述散熱器的散熱都是基于熱傳導(dǎo)的，所以其傳熱能力大大的受到限制。目前，熱管型散熱器已經(jīng)逐步開(kāi)始應(yīng)用于計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的散熱中。通常熱管型散熱器都采用圓形截面作為傳熱元件，一般的做法是將圓形熱管擠壓在鋁塊中或釬焊在銅塊上，然后再在熱管上安裝散熱翅片，典型的設(shè)計(jì)如實(shí)用新型專(zhuān)利02244292.8。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是圓形熱管只要兩頭封焊，便于密封；缺點(diǎn)是電子元件的熱量必須由鋁塊或銅塊傳給熱管，有較大的熱阻；另外，圓形熱管一般較細(xì)，與翅片的接觸面積較小，翅片的散熱效率不高；如果采用大直徑熱管，勢(shì)必阻礙外部冷卻氣流的流動(dòng)，同樣會(huì)影響翅片的散熱效率；如若采用多只小直徑圓形熱管，熱管在金屬塊上須占較大的橫向尺度，電子元件的熱量必須經(jīng)金屬塊的橫向傳熱才能到達(dá)熱管，同樣會(huì)大大影響換熱效率。
美國(guó)專(zhuān)利US6,237,223和中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利01214043.0則提出在電子元件上方采用方形熱管，然后在方形熱管上連接圓形或橢圓管；實(shí)用新型專(zhuān)利01214043.0還在橢圓熱管外表面安裝了翅片，這樣的形式使電子元件散出的熱量可延壁厚方向穿過(guò)方形熱管，直接加熱蒸發(fā)工質(zhì)，傳熱效率大大提高。但其缺點(diǎn)是形狀復(fù)雜，尤其是需要焊接的部位太多，不利于熱管的密封。在熱管生產(chǎn)中，密封好壞是影響熱管質(zhì)量的最關(guān)鍵因素之一。因?yàn)椋坏峁芄べ|(zhì)泄漏，熱管就會(huì)失去傳熱作用，只能依靠管壁的金屬導(dǎo)熱，而熱管壁通常都是較薄的，導(dǎo)熱量極其有限，泄漏的熱管散熱器甚至不如純金屬制成的散熱器。對(duì)于熱流密度大的電子元件，其上的熱管型散熱器，一旦工質(zhì)泄漏，就會(huì)造成散熱不良，甚至燒毀。因此，熱管型散熱器的密封問(wèn)題是其制造過(guò)程的關(guān)鍵問(wèn)題，直接影響這類(lèi)散熱器的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的成品率。
另外，一般熱管型散熱器在放置方向上都會(huì)受到限制，以重力型傳熱效率最高，也就是凝結(jié)液體依靠重力回流。在不能依靠重力回流時(shí)，熱管中要安裝毛細(xì)吸液層，利用毛細(xì)現(xiàn)象使液體從冷凝處回流到加熱端。但在冷凝處無(wú)論是什么樣的毛細(xì)層，都形成較厚的液膜，該液膜會(huì)形成熱阻，影響散熱。再者，由于毛細(xì)吸液能力較重力回流相差較大，有實(shí)驗(yàn)表明，即使是帶有吸液層的熱管，當(dāng)安裝方向?yàn)樗綍r(shí)，其傳熱量較豎直時(shí)也要下降6倍。因此，高效的熱管仍以重力型熱管為主。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種散熱面積大，易于密封、封焊少的熱管形式與制造、使用方法；充分利用熱管相變傳熱的超導(dǎo)熱性和翅片散熱相結(jié)合，設(shè)計(jì)出可多方位放置的熱管型電子元件散熱器。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下
1)使用薄壁金屬扁管(如長(zhǎng)方型、橢圓和各種異型截面)直接彎曲制成U型、C型和各種曲蛇型熱管，這樣的熱管只需封焊兩端，減少了封焊焊縫長(zhǎng)度，便于形成高質(zhì)量的密封。
2)薄壁扁管上安裝散熱翅片，翅片的肋根與扁管的接觸面積要遠(yuǎn)大于圓管情況，因此，可提高熱管向翅片的散熱量。在薄壁扁管上安裝的翅片，要使氣流流動(dòng)方向垂直于扁管的短軸，這樣氣流受扁管的阻力最小，可更有效的帶走翅片的熱量。
3)在扁曲型熱管與電子元件相接觸的部位，設(shè)置成熱管的加熱段，此處扁管的寬度要大于等于電子元件發(fā)熱點(diǎn)的尺度，使熱管加熱段能與電子元件的整個(gè)發(fā)熱部位緊密接觸，以便熱量由最短的導(dǎo)熱途徑穿過(guò)熱管管壁，加熱蒸發(fā)熱管內(nèi)的工質(zhì)。熱管加熱段還可以成型為梯形截面、三角形、液滴形等異形截面，使熱管走向與底部加熱面的法向形成1°～45°的夾角，從加工工藝和回液能力考慮最佳值為2°～5°，這樣在熱管加熱段設(shè)置吸液層后，制出的熱管散熱器可同時(shí)適用于對(duì)側(cè)向和水平放置的電子元件進(jìn)行散熱。
4)由于熱管是在內(nèi)壓、外壓或交變壓力下工作的，這時(shí)薄壁扁管會(huì)產(chǎn)生變形，在扁型熱管外表面上安裝翅片，既可以作為散熱元件，又可以起到補(bǔ)強(qiáng)作用，可限制扁管在壓力下的變形。在未安裝翅片的局部區(qū)域還可以安裝補(bǔ)強(qiáng)金屬片、管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并不會(huì)過(guò)多的影響傳熱效果。在熱管的底部加熱段安裝的補(bǔ)強(qiáng)金屬同時(shí)是作為傳熱元件使用的，也可以作為調(diào)整熱管安裝角度的墊塊，因此，可以將該處的補(bǔ)強(qiáng)金屬加工成斜面形狀，使熱管走向與補(bǔ)強(qiáng)金屬的底面法向呈1°～45°的夾角，從傳熱和回液能力考慮最佳值為2°～5°，這樣在熱管加熱段設(shè)置吸液層后，可使熱管散熱器對(duì)側(cè)向和水平放置的電子元件都能散熱。
5)對(duì)側(cè)向和水平放置的電子元件通用的熱管散熱器，使用熱管短邊作為回流的導(dǎo)液通道，在大部分的扁管內(nèi)不會(huì)形成較厚的液膜，不會(huì)影響傳熱能力。
6)由于熱管內(nèi)的工質(zhì)不與其外部金屬接觸，固此，翅片和補(bǔ)強(qiáng)金屬可以與熱管材質(zhì)不同。如以銅、鋼作為熱管時(shí)，翅片和補(bǔ)強(qiáng)金屬可用鋁合金制成，這樣可以減輕散熱器的重量。
7)對(duì)于存在積液段的復(fù)雜曲線(xiàn)型熱管，在積液死角處設(shè)置回液管，使液體回流通暢，這時(shí)每根回液管只增加兩個(gè)焊接點(diǎn)，不會(huì)過(guò)多的增加密封難度。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1)該散熱器以扁管的無(wú)翅片部分與電子元件直接接觸，接觸電子元件的扁管內(nèi)表面被相變傳熱的液體工質(zhì)全部浸漬，由電子元件散出的熱量可完全通過(guò)扁管壁厚方向傳給液體工質(zhì)，從而減少了由電子元件傳出時(shí)的熱阻；2)由于扁管表面與翅片的接觸面積大，則散熱量較大，所以該散熱器適于大熱流密度的電子元件散熱，如CPU、大功率整流管等；3)由扁管卷制出曲管與翅片配合成為緊湊的散熱器，便于利用風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣進(jìn)行強(qiáng)迫對(duì)流散熱；4)直接以扁曲管制成熱管的一大優(yōu)點(diǎn)是封焊焊縫長(zhǎng)度較短，便于實(shí)現(xiàn)熱管的密封和提高產(chǎn)品的成品率；5)在一根扁管上制成不同斷面的形狀或利用斜形補(bǔ)強(qiáng)金屬塊，并在熱管內(nèi)設(shè)置吸液層，可方便的制成水平到側(cè)向方向通用的散熱器；6)扁型熱管在側(cè)向放置時(shí)，可使其一個(gè)短邊向下，以短邊作為回液通道，在其他部位不會(huì)形成過(guò)厚的液膜，從而不會(huì)過(guò)大的影響散熱效果；7)翅片和補(bǔ)強(qiáng)金屬可以與熱管材質(zhì)不同，如以銅、鋼作為熱管時(shí)，翅片和補(bǔ)強(qiáng)金屬可用鋁合金制成，這樣可以減輕散熱器的重量。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一種水平與側(cè)向通用的散熱器橫截面圖；圖2是圖1散熱器的A-A’截面圖；圖3是圖1散熱器的側(cè)向放置截面圖。圖4是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的帶有回液管的散熱器橫截面圖；圖5是圖4散熱器的A-A’截面圖。圖6是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一種散熱器橫截面圖；圖7是圖6散熱器的A-A’截面圖；圖8是圖6散熱器側(cè)向放置的A-A’截面圖。
圖中標(biāo)號(hào)所示，1.電子元件，2.扁蛇型熱管，3.翅片，4.相變傳熱的液體工質(zhì)，5.封焊焊縫，6.吸液層，7.補(bǔ)強(qiáng)件，8.冷卻氣流方向，9.回液管，β熱管走向與加熱底面法向的交角。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體具體實(shí)施和實(shí)施例。
用薄壁金屬圓管改制成扁管或直接使用金屬扁管，經(jīng)退火軟化后，彎曲成所需要的U型、C型和各種蛇型曲線(xiàn)管坯，再使用金屬吹脹成型的方法，將管坯放置在模具中用液壓、氣壓、液電、爆炸成型或其他吹脹成型方法，將管坯改制或定型為各種斷面形狀的扁型曲管，如長(zhǎng)方形、橢圓形、扁環(huán)形、滴形、梯形、三角形、圓缺形等，而且可在管坯的不同部位吹脹出不同的斷面形狀。如果需要在管內(nèi)設(shè)置吸液層，可通過(guò)事先在管坯內(nèi)加工微槽道、燒結(jié)粉末層的方法來(lái)解決，也可以在制成扁型曲管后安裝絲、網(wǎng)或燒結(jié)多孔層。在制出扁型曲管后，再在管的外表面焊接、粘結(jié)或脹接翅片或翅片管，然后，密封扁型曲管，留下抽氣口，如果有回液死角，可在回液死角處安裝回液管，最后，經(jīng)抽空，注工質(zhì)，封焊抽氣口，制成集成散熱器。
實(shí)施例1按圖1、2、3形式制造集成散熱器。以壁厚為0.5mm，截面尺為40×5mm的長(zhǎng)方型銅管，長(zhǎng)150mm，按圖2彎成中部間距為40mm，高50mm的U型管坯。將管坯放入模具中進(jìn)行液電成型，定型成U型扁管2，U型管直段截面變?yōu)?5×5mm的扁環(huán)型，與電子元件1接觸處變?yōu)閷?5mm，一側(cè)為5mm，一側(cè)為7mm液滴型斷面(寬高比為45/7＝6.43)，U型管直段走向與底面法向呈2.8°角。在U管的加熱部位裝入3～5g 100目銅粉，兩側(cè)蓋上1.5mm補(bǔ)強(qiáng)銅片7，再將沖制好的0.3mm厚銅翅片3，按0.5～0.8mm間距卡裝在蛇管上，在所有待焊接處涂裝銀銅焊料，置入真空爐中，加熱800～850℃釬焊翅片并燒結(jié)銅粉；封焊銅管兩端，安裝抽氣管；然后抽空，注入工質(zhì)4，如蒸餾水、丙酮或甲醇，封焊抽氣管，制成集成散熱器。該集成散熱器上翅片的散熱面積可高達(dá)0.2～0.3M2，對(duì)于水平放置和側(cè)向放置的電子元件通用。
實(shí)施例2按圖1、2、3形式制造集成散熱器。以壁厚為0.5mm，截面尺為20×5mm的長(zhǎng)方型銅管，長(zhǎng)150mm，按圖2彎成中部間距為40mm，高50mm的U型管坯。將管坯放入模具中進(jìn)行液電成型，定型成U型扁管2，U型管直段截面變?yōu)?5×5mm的扁環(huán)型，與電子元件1接觸處變?yōu)閷?5mm，一側(cè)為5mm，一側(cè)為7mm液滴型斷面(寬高比為25/7＝3.57)，U型管直段走向與底面法向呈4.6°角。在U管的加熱部位裝入3～5g 100目銅粉，兩側(cè)蓋上1.5mm補(bǔ)強(qiáng)銅片7，在所有待焊接處涂裝銀銅焊料，置入真空爐中，加熱800～850℃補(bǔ)強(qiáng)銅片并燒結(jié)銅粉；封焊銅管兩端，安裝抽氣管；然后將中間開(kāi)有25×5mm方孔的鑄鋁翅片管套裝在U管的直段，通過(guò)抽氣管打壓12MPa，將鑄鋁翅片管與扁管脹緊。通過(guò)抽氣口抽空，注入工質(zhì)4，如丙酮或甲醇，封焊抽氣管，制成集成散熱器。該集成散熱器對(duì)于水平放置和側(cè)向放置的電子元件通用。
實(shí)施例3按圖4、5形式制造集成散熱器。以壁厚為1mm，截面尺為25×5mm的長(zhǎng)方型銅管，長(zhǎng)300mm，按圖4彎成中部間距為30mm，外部間距為25mm，高50mm的蛇管坯。密封蛇管的一端，另一端接打壓管，放入模具中進(jìn)行加40MPa的水壓，定型成扁蛇管2，蛇管截面變?yōu)?6×5mm的長(zhǎng)方型，其中與電子元件1接觸處變?yōu)?6×8mm長(zhǎng)方型斷面(寬高比為26/8＝3.25)；在蛇管的加熱部位裝入3～5g 100目銅粉，再將沖制好的0.3mm厚銅翅片3，按0.5～0.8mm間距卡裝在蛇管上，在待焊接處涂裝銀銅焊料，置入真空爐中，加熱800～850℃釬焊翅片并燒結(jié)銅粉；封焊銅管兩端，安裝焊接回液管9和抽氣管；然后抽空，注入工質(zhì)4，如蒸餾水、丙酮或甲醇，封焊抽氣管，制成集成散熱器。該集成散熱器上翅片的散熱面積可高達(dá)0.4～0.6M2。
實(shí)施例4按圖6、7、8形式制造集成散熱器。以壁厚為0.5mm，截面尺寸為40×5mm的長(zhǎng)方型銅管，按實(shí)施例3的方法制成扁蛇管2，蛇管截面變?yōu)?5×5mm的長(zhǎng)方型，其中與電子元件1接觸處變?yōu)?5×7mm長(zhǎng)方型斷面(寬高比為45/7＝6.43)；在蛇管的加熱部位裝入3～5g 100目銅粉，封焊銅管兩端，安裝焊接抽氣管；再將沖制好的0.3mm厚銅翅片3，按0.5～0.8mm間距卡裝在蛇管上，在與電子元件接觸部位卡裝50mm長(zhǎng)、45mm寬、一側(cè)厚1mm、另一側(cè)厚5mm的補(bǔ)強(qiáng)銅片7，交角β為5°。在待焊接處涂裝銀銅焊料，置入真空爐中，加熱800～850℃釬焊翅片并燒結(jié)銅粉；然后抽空，注入工質(zhì)4，封焊抽氣管，制成集成散熱器。該集成散熱器上翅片的散熱面積可高達(dá)0.4～0.6M2，對(duì)于水平放置和側(cè)向放置的電子元件通用。
實(shí)施例5按圖6、7、8形式制造集成散熱器。以壁厚為1mm，截面尺為40×5mm的長(zhǎng)方型銅管，按實(shí)施例3的方法制成扁蛇管2，蛇管截面變?yōu)?5×5mm的長(zhǎng)方型，其中與電子元件1接觸處變?yōu)?5×7mm長(zhǎng)方型斷面(寬高比為45/7＝6.43)；在管底部安裝100目銅網(wǎng)，封焊銅管兩端，安裝焊接抽氣管；再將沖制好的0.5mm厚鋁翅片3，按0.5～0.8mm間距卡裝在蛇管上，在焊接部位預(yù)先鍍銅，在與電子元件接觸部位卡裝50mm長(zhǎng)、45mm寬、一側(cè)厚1mm、另一側(cè)厚5mm的表面鍍銅的補(bǔ)強(qiáng)鋁片7，在待焊接處涂裝錫鉛鋅焊料，置入氮?dú)鉅t中，加熱300～450℃釬焊；然后抽空，注入工質(zhì)4，封焊抽氣管，制成集成散熱器。該集成散熱器上翅片的散熱面積可高達(dá)0.3～0.45M2，對(duì)于水平放置和側(cè)向放置的電子元件通用。
權(quán)利要求
1.用于電子元件散熱的扁曲型熱管式集成散熱器，其特點(diǎn)是由金屬扁管直接彎曲成曲線(xiàn)形，成為扁曲型熱管坯，管坯兩端封焊(5)，制成扁曲型熱管(2)，在管外表面安裝金屬散熱翅片(3)，制成集成散熱器。
2.用于電子元件散熱的扁曲型熱管式集成散熱器，其特征是由扁型截面的曲線(xiàn)型熱管(2)，外表面安裝散熱翅片(3)組成的集成散熱器，其扁型熱管(2)的加熱段成型為異形截面，使熱管(2)走向與底部加熱面的法向形成1°～45°的夾角，最佳值為2°～5°，并在熱管加熱段設(shè)置吸液層(6)，當(dāng)側(cè)向放置時(shí)，使其一個(gè)短邊向下，以短邊作為回液通道。
3.用于電子元件散熱的扁曲型熱管式集成散熱器，其特征是由扁型截面的曲線(xiàn)型熱管(2)，外表面安裝散熱翅片(3)組成的集成散熱器，在扁管與電子元件的接觸部位放置斜面形狀的補(bǔ)強(qiáng)金屬(7)，使熱管(2)走向與補(bǔ)強(qiáng)金屬(7)的底面法向呈1°～45°的夾角，最佳值為2°～5°，并在熱管加熱段設(shè)置吸液層(6)，當(dāng)側(cè)向放置時(shí)，使其一個(gè)短邊向下，以短邊作為回液通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、要求2或要求3所述的用于電子元件散熱的扁曲型熱管式集成散熱器，其扁型熱管(2)的截面是異型的；扁型熱管(2)的局部的截面形狀不同于整體；扁型熱管(2)寬度大于等于電子元件，寬高比大于等于3。
全文摘要
本發(fā)明屬于電子散熱技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種扁曲管制成的熱管，在扁型熱管表面安裝翅片的集成散熱器。該散熱器以扁管的無(wú)翅片部分與電子元件直接接觸，接觸電子元件的扁管內(nèi)表面被相變傳熱的液態(tài)工質(zhì)全部浸漬，由電子元件散出的熱量完全通過(guò)扁管壁厚方向傳給液態(tài)工質(zhì)，使工質(zhì)蒸發(fā)，蒸發(fā)的氣態(tài)工質(zhì)在扁管內(nèi)凝結(jié)，凝結(jié)的液態(tài)工質(zhì)回流到加熱部位，工質(zhì)在扁管內(nèi)凝結(jié)時(shí)就將熱量傳給翅片。該散熱器適于大熱流密度的電子元件散熱，如CPU、大功率整流管等。這種散熱器既可以水平放置又可以側(cè)向放置，側(cè)向放置時(shí)基本不改變傳熱能力。另外，直接以扁管彎曲制成熱管的另一大優(yōu)點(diǎn)是封焊焊縫長(zhǎng)度較短，便于實(shí)現(xiàn)熱管的高質(zhì)量密封和提高產(chǎn)品的成品率。
文檔編號(hào)H01L23/427GK1556545SQ20031012089
公開(kāi)日2004年12月22日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者白敏麗, 李曉杰 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)