專利名稱：一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種散熱裝置，特別涉及一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散 熱裝置。
背景技術(shù)：
英特爾的創(chuàng)始人之一高登.摩爾在1965年提出預(yù)言半導(dǎo)體芯片上的晶 體管的數(shù)量大約每隔18個(gè)月就會(huì)翻倍，這就是摩爾定律。英特爾近40年 的發(fā)展歷程驗(yàn)證了摩爾的預(yù)言，到2010年，晶體管的數(shù)量將達(dá)到IO億個(gè)， 而隨著32納米技術(shù)的成熟，下一代微處理器將集成20億個(gè)晶體管。隨著 計(jì)算機(jī)芯片晶體管數(shù)量的增加，單位面積上的電路越來越密，所產(chǎn)生的熱 量也將是現(xiàn)在芯片的IO倍以上，其發(fā)熱量可以達(dá)到每平方厘米1000瓦以 上，尤其是芯片內(nèi)部的高功率元器件，其核心溫度可接近6000'C，該高溫 點(diǎn)稱為熱斑，如果沒有適當(dāng)?shù)纳岱绞?，將?yán)重影響芯片的性能和壽命。
目前高端電子產(chǎn)品的主要散熱方式為液冷散熱，請參閱圖1、 2、 3、 4 所示，現(xiàn)有常用的液冷產(chǎn)品主要包括鰭片散熱器1、泵2、冷板3和連接上 述組件的軟管4。冷板3緊貼熱源(即電子芯片，例如CPU)，在泵2驅(qū)動(dòng) 下的液體流經(jīng)冷板3吸收熱量后，在鰭片散熱器1處向外部環(huán)境釋放熱量， 被冷卻的液體再次流經(jīng)冷板3,循環(huán)往復(fù)連續(xù)不斷地把熱量從發(fā)熱芯片傳遞 到環(huán)境中。鰭片散熱器可采用自然風(fēng)或風(fēng)扇強(qiáng)制冷卻。冷卻液體可以是去 離子的純凈水、摻加有防凍液的純凈水、或者其它液體及混合物，其在冷 板內(nèi)的流動(dòng)方式可為單向流或沖擊流等。如圖2所示，冷板3由帶有進(jìn)出 口流道的蓋子31和冷底板32通過螺接、 一體成型或微電子機(jī)械系統(tǒng)加工 方法結(jié)合組成，冷底板32—般由金屬或者單晶硅加工制成，以保證材料有 較高的導(dǎo)熱系數(shù)，其結(jié)構(gòu)還可以設(shè)計(jì)為如圖3a所示的微槽道結(jié)構(gòu)或如圖3b 所示的針肋結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步提高冷板3的導(dǎo)熱性能。
雖然上述液冷方式具有具有熱阻低、傳遞熱容量大、傳輸距離較遠(yuǎn)的 優(yōu)點(diǎn)，但是，由于冷板材料的局限性，以及加工精度和強(qiáng)度的要求，使得冷板的熱阻不能得到進(jìn)一步降低，液冷效果存在極限。例如，銅具有較高 的導(dǎo)熱系數(shù)，銅水冷板是目前認(rèn)為性能最好的，但是，冷板尤其是其基板 的厚度和大小等都存在一個(gè)較佳的尺寸范圍，不宜太大或太小。因此，在 一定的液體驅(qū)動(dòng)力下，其熱阻值是一定的，而該熱阻值很難滿足未來電子 芯片的散熱需求，尤其是難以對熱斑有效冷卻，且高熱流密度條件也使風(fēng) 扇噪聲和液體泵的壽命面臨巨大挑戰(zhàn)。
由此可見，上述現(xiàn)有的液冷散熱裝置在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有 不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決液冷散熱裝置存在的問題， 相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì) 被發(fā)展完成，而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是 相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種低熱阻、高散熱性能的新 型結(jié)構(gòu)液冷散熱裝置，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需 改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有的液冷散熱裝置存在的缺陷，本設(shè)計(jì)人基于從事此類 產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極 加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的 一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝 置，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的液冷散熱裝置，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的 研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本實(shí) 用新型。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于，克服現(xiàn)有的液冷散熱裝置存在的缺陷，而提 供一種新型結(jié)構(gòu)的帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所要解決的技術(shù)問題是 使其具有更低的熱阻和更好的散熱性能，從而更加適于實(shí)用。
本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 的。依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，包括鰭片 散熱器、泵、冷板和連接上述組件的軟管，其中冷板由蓋子和冷底板組成， 還包括一蒸發(fā)腔體，該蒸發(fā)腔體固定于冷底板外側(cè)。
本實(shí)用新型的目的及解決其技術(shù)問題還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn) 一步實(shí)現(xiàn)。前述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的蒸發(fā)腔體具有毛細(xì) 結(jié)構(gòu)和腔體壁，且其內(nèi)部充滿工質(zhì)。
前述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的工質(zhì)為水、丙醇、 甲醇、氨水或氟利昂。
前述的 一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的腔體壁的材質(zhì)為銅、 鋁或石圭。
前述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的蒸發(fā)腔體與冷底板
以焊接、粘接或4建合(Bonding)方式固定。
前述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的冷底板作 為蒸發(fā)腔體的一面，其四周接觸面以焊接、粘接或鍵合(Bonding ) 方式方式固定。
前述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的冷底板為微槽道結(jié)構(gòu)。
前述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，所述的冷底板為針肋結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，并具有 產(chǎn)業(yè)上的廣泛利用價(jià)值，其至少具有下列優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型帶有蒸發(fā) 腔體的液冷散熱裝置是利用蒸發(fā)腔體(vapor chamber )的高導(dǎo)熱特性， 使整個(gè)冷板的熱阻明顯下降，把局部高熱流密度熱源有效延展 (spreading),'使得局部高熱流經(jīng)過該蒸發(fā)腔體后，熱流密度明顯下降， 電子芯片溫度更加均勻。
綜上所述，本實(shí)用新型新穎的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，提 高了冷板的散熱能力，降低了熱阻。本實(shí)用新型具有上述優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值， 其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或性能上皆有較大的改進(jìn)，在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并 產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的液冷散熱裝置具有增進(jìn)的突出功效， 從而更加適于實(shí)用，并具有產(chǎn)業(yè)刮廣泛利用價(jià)值。
上述說明僅是本實(shí)用新型技術(shù)方案的概述，為了能更清楚了解本實(shí)用 新型的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為讓本實(shí)用新型 的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并 配合附圖，詳細(xì)i兌明如下。

圖l是現(xiàn)有技術(shù)液冷散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)液冷散熱裝置的冷板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3a是現(xiàn)有技術(shù)液冷散熱裝置的微槽道結(jié)構(gòu)冷底板示意圖。
圖3b是現(xiàn)有技術(shù)液冷散熱裝置的針肋結(jié)構(gòu)冷底板示意圖。
圖4是本實(shí)用新型一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的蒸發(fā)腔體剖面 示意圖。
圖5是本實(shí)用新型一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的冷板與蒸發(fā)腔 體結(jié)合的示意圖。
圖6是本實(shí)用新型一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的冷板與蒸發(fā)腔 體另一結(jié)合方式的示意圖。
圖7是本實(shí)用新型一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的應(yīng)用實(shí)例示意圖。
圖8是本實(shí)用新型一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的另一應(yīng)用實(shí)例 示意圖。
具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型為達(dá)成預(yù)定實(shí)用新型目的所采取的技術(shù)手 段及功效，
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本實(shí)用新型提出的一種帶 有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì) 說明如后。
請參閱圖4所示，本實(shí)用新型一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置的冷 板3具有一蒸發(fā)腔體5固定于冷板靠近熱源一側(cè)，蒸發(fā)腔體5具有毛細(xì)結(jié) 構(gòu)51和腔體壁52,且其內(nèi)部充滿工質(zhì)。
腔體壁52的材質(zhì)可以是銅或鋁等金屬，也可以是硅等非金屬。毛細(xì)結(jié) 構(gòu)51可以是溝槽形狀，通過直接對腔體內(nèi)壁面材料切割得到，也可以是粉 末材料在腔體內(nèi)壁面燒結(jié)得到。當(dāng)腔體壁52為硅質(zhì)時(shí)，可通過電化學(xué)蝕刻、 蒸汽沉積或納米管生長技術(shù)的得到毛細(xì)結(jié)構(gòu)51。蒸發(fā)腔體5內(nèi)部的工質(zhì)可 以是水，也可以是丙酮，曱醇，氨水或氟立昂類等其它工質(zhì)，根據(jù)材料兼容性和使用的條件而選擇。
眾所周知，熱管能夠傳遞較大的熱量且冷熱端的溫差很小，而蒸發(fā)腔 體是一種特殊形式的平板熱管，在本實(shí)用新型中用作液冷散熱器冷板的基
板。如圖4所示，蒸發(fā)腔體內(nèi)，液體在靠近熱源的地方發(fā)生相變轉(zhuǎn)換為蒸 汽，蒸汽在腔體內(nèi)自然流動(dòng)，在冷凝面釋放熱量后轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w。受重力及 毛細(xì)力抽吸作用，液體又返回到蒸發(fā)面——即靠近熱源的地方，完成工作 循環(huán)。
依據(jù)傅立葉定律測量的蒸發(fā)腔體的有效導(dǎo)熱系數(shù)(effective thermal conductivity)大約在5000 — 20000W/mK之間。而純銅的導(dǎo)熱系數(shù)為 380W/mK,鋁為270W/mK，硅為140W/mK?？梢?，利用液體的相變潛熱，蒸 發(fā)腔體具有很高的傳熱能力及當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，能夠有效降低冷板基板的熱 阻，為電子芯片提供可靠的冷卻。此外，蒸發(fā)腔體5作為一種特殊的平板 熱管，可以把小面積上的熱源熱量分散到面積為熱源面積任意多倍的冷凝 面上，充分起到熱擴(kuò)散的作用，從而提高本實(shí)用新型冷板基板處的熱擴(kuò)散 能力，實(shí)現(xiàn)高熱流密度散熱的目的。
請參閱圖5所示，本實(shí)用新型帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其冷底 板32與蒸發(fā)腔體5以低溫焊接(sintering)、高溫焊接(brazing)或微 電子機(jī)械系統(tǒng)加工方法——鍵合(Bonding)結(jié)合為一體。也可以如圖6所 示，直接將冷底板32的下表面作為蒸發(fā)腔體5的冷凝面，將蒸發(fā)腔體5直 接做在冷底板32上，再將其四周接觸面低溫焊接、高溫焊接或者鍵合的方 式成為一個(gè)整體。圖6所示方案可以最大可能地減小冷才反3的整體熱阻和 高度。
本實(shí)用新型的冷板3還可以選用孩i槽道結(jié)構(gòu)或針肋結(jié)構(gòu)，冷板中的冷 卻液體流動(dòng)可以是單向流也可以是沖擊流，選用特殊的冷板結(jié)構(gòu)和液體流 動(dòng)方式有利于進(jìn)一步提升本實(shí)用新型的散熱、導(dǎo)熱效果。
圖7為本實(shí)用新型所提出的一種應(yīng)用實(shí)例示意圖，冷板3通過一層界 面導(dǎo)熱材料6和電子芯片7相連，電子芯片7所產(chǎn)生的熱量通過界面導(dǎo)熱 材料6傳遞到蒸發(fā)腔體5腔體壁52的下表面，該熱量通過導(dǎo)熱傳遞到毛細(xì) 結(jié)構(gòu)51，毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的工質(zhì)吸熱后變?yōu)檎羝?，蒸汽在蒸發(fā)腔體5內(nèi)自然流 動(dòng)，然后在蒸發(fā)腔體5的毛細(xì)結(jié)構(gòu)51的上部分靠近冷板3側(cè)冷凝下來，把 熱量傳遞給冷板3的冷底板32,冷板內(nèi)部的冷卻液體溫度升高，在泵2的驅(qū)動(dòng)下沿箭頭所示方向流動(dòng)，將冷底板32傳遞上來的熱量帶走，經(jīng)過風(fēng)冷 鰭片散熱器1時(shí)把熱量傳遞給自然環(huán)境，液體溫度降低，再重新回到冷板3 內(nèi)。在該應(yīng)用實(shí)例中，蒸發(fā)腔體5和冷底板32由金屬加工而成，在其結(jié)合 面處焊接為一體。
圖8為本實(shí)用新型所提出的另外一種應(yīng)用實(shí)例示意圖。冷板3通過《鼓 電子機(jī)械系統(tǒng)加工方法和電子芯片7直接相連，電子芯片7所產(chǎn)生的熱量 直接傳遞到蒸發(fā)腔體5的腔體壁52下表面，該熱量通過導(dǎo)熱傳遞到毛細(xì)結(jié) 構(gòu)51，毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的工質(zhì)吸熱后由液體變?yōu)檎羝?，蒸汽在蒸發(fā)腔體5內(nèi)自 然流動(dòng)，然后在蒸發(fā)腔體5的上表面，也即是冷底板32的下表面冷凝下來， 把熱量傳遞給冷板3的冷底板32，冷板內(nèi)部的冷卻液體溫度升高，在泵2 的驅(qū)動(dòng)下沿箭頭所示方向流動(dòng)，把從冷底板32傳遞上來的熱量帶走，冷卻 液體經(jīng)過風(fēng)冷鰭片散熱器1時(shí)把熱量傳遞給自然環(huán)境，液體溫度降低再重 新回到冷板3內(nèi)。在該應(yīng)用實(shí)例中，蒸發(fā)腔體5和冷底板32由非金屬半導(dǎo) 體級硅材料加工而成。通過微電子機(jī)械加工工藝，在電子芯片7、蒸發(fā)腔體 5和冷底板32的結(jié)合面處，直接采用電子芯片封裝工藝一一鍵合使其成為 一體，由于避免了導(dǎo)熱界面材料6的使用及蒸發(fā)腔體5與冷底板32之間焊 接層等壁面層的出現(xiàn)，可以最大程度降低熱阻。
本實(shí)用新型將具有極高有效導(dǎo)熱系數(shù)的平板熱管一一蒸發(fā)腔體(vapor chamber)應(yīng)用于電子芯片散熱的高端技術(shù)一一液冷散熱技術(shù)中，同時(shí)充分 利用其優(yōu)異的熱擴(kuò)散性能，可以實(shí)現(xiàn)極高熱流密度散熱、降低冷板熱阻的 目的，使液冷散熱技術(shù)的散熱能力進(jìn)一步提高。結(jié)合液冷方式能夠根據(jù)需 要而增強(qiáng)的散熱潛力，本實(shí)用新型可以對電子芯片的熱斑進(jìn)行有效的冷卻， 同時(shí)能夠保證電子芯片不超過其安全運(yùn)行溫度，為未來高功率電子芯片提 供了一種高效、可靠的散熱冷卻技術(shù)。
以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非對本實(shí)用新型作 任何形式上的限制，雖然本實(shí)用新型已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非 用以限定本實(shí)用新型，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型技 術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同 變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用 新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍 屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，包括鰭片散熱器、泵、冷板和連接上述組件的軟管，其中冷板由蓋子和冷底板組成，其特征在于還包括一蒸發(fā)腔體，該蒸發(fā)腔體固定于冷底板外側(cè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特征 在于所述的蒸發(fā)腔體具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)和腔體壁，且其內(nèi)部充滿工質(zhì)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特征 在于所述的工質(zhì)為水、丙醇、曱醇、氨水或氟利昂。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特征 在于所述的腔體壁的材質(zhì)為銅、鋁或硅。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液 冷散熱裝置，其特征在于所述的蒸發(fā)腔體與冷底板以焊接、粘接或鍵合方 式固定。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一權(quán)利要求所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液 冷散熱裝置，其特征在于所述的冷底板作為蒸發(fā)腔體的一面，其四周接觸 面以焊接、粘接或鍵合方式固定。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特征 在于所述的冷底板為纟效槽道結(jié)構(gòu)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特征 在于所述的冷底板為針肋結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特征 在于所述的冷底板為微槽道結(jié)構(gòu)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其特 征在于所述的冷底板為針肋結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實(shí)用新型是有關(guān)于一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，其包括鰭片散熱器、泵、冷板和軟管，其還包括一蒸發(fā)腔體，該蒸發(fā)腔體固定于冷板靠近熱源一側(cè)。本實(shí)用新型新穎處為一種帶有蒸發(fā)腔體的液冷散熱裝置，提高了冷板的散熱能力，降低了熱阻。
文檔編號H01L23/34GK201226636SQ20082010904
公開日2009年4月22日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者驥 李, 王大明 申請人:北京奇宏科技研發(fā)中心有限公司