專利名稱：一種平板均熱板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微型電子器件的散熱裝置，特別涉及一種平板均熱板，用于功率模塊 的熱擴散。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，晶體管集成度大大提高，現(xiàn)有的電子器件向著 更小、更高速、更大功率密度方向發(fā)展，這些都意味著更大的熱流密度，如絕緣柵雙極晶體 管(IGBT)的熱流密度可高達400W/cm2，電子器件的散熱問題如果沒有解決好，其工作溫度 將非常高，高溫將直接導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降，工作失穩(wěn)，壽命下降，材料熱損壞甚至燒毀等等 諸多問題；因而電子元器件的散熱問題已經(jīng)成為制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。解決高熱流密 度熱源散熱問題首先是要將集中熱源擴散至大面積上，只有先將集中熱源的熱流密度進行 擴散，才能保證散熱器(風(fēng)冷、水冷等)的充分利用。平板均熱板，或稱平板熱管，其結(jié)構(gòu)是將金屬中心部分加工成空腔，空腔內(nèi)壁面加 工有毛細芯結(jié)構(gòu)，空腔內(nèi)部抽成真空，注入一定量的液體工作介質(zhì)，然后完全密封。熱源產(chǎn) 生的熱量使與熱源接觸的平板均熱板的壁面處的液體工作介質(zhì)氣化蒸發(fā)，帶走熱量，蒸汽 在對面的冷卻壁面上凝結(jié)成液體放出熱量，熱量傳遞到外部散熱裝置上帶走。凝結(jié)下來的 液體工作介質(zhì)通過內(nèi)壁面上的毛細芯結(jié)構(gòu)回流到熱源部分，繼續(xù)氣化蒸發(fā)，進行下一輪循 環(huán)。如此工作循環(huán)使得高密度熱流擴散到大面積的外部散熱裝置上。平板均熱板由于其優(yōu)良的工作特性，自出現(xiàn)之初就得到了極大的關(guān)注，但是由于 平板均熱板內(nèi)部抽成了真空，而工作的環(huán)境是在大氣中，其表面由于大氣壓力會發(fā)生變形， 而且由于平板均熱板的受熱不均勻，也會產(chǎn)生熱變形。平板均熱板的表面變形，會導(dǎo)致平板 均熱板與熱源或散熱翅片接觸不緊密，造成接觸界面存在氣體，當平板均熱板工作時，會極 大的增加接觸熱阻，惡化了傳熱過程，大大影響高熱流密度的熱源的散熱。201010170205. 6 中國專利申請(一種燒結(jié)式平板熱管及其制作方法)和US2009/0025910A1美國專利 (VAPOR CHAMBER STRUCTURE WITH IMPROVED WICK AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME)以及 US6997245B2 美國專利(VAPOR CHAMBER WITH SINTERED GROOVED WICK)所提 供的平板均熱板，包括散熱翅片和金屬腔體，金屬腔體由盒體和蓋板構(gòu)成，金屬腔體內(nèi)部抽 成真空，注有液體工作介質(zhì)，盒體與散熱翅片緊密接觸或制成一體，盒體內(nèi)壁面上具有毛細 芯，盒體和蓋板之間具有金屬加工或燒結(jié)金屬顆粒制作的支撐體；但是由于支撐體之間有 一定的距離，其表面還是存在大量的微變形，特別是與熱源接觸面上的微變形，這些微變形 會大大影響與熱源接觸的緊密程度，增加接觸熱阻，惡化傳熱過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種平板均熱板，解決現(xiàn)有平板均熱板與熱源接觸面的表面變形問 題，以進一步減小與熱源部分接觸面的接觸熱阻。本發(fā)明的一種平板均熱板，包括散熱翅片和金屬腔體，所述金屬腔體由盒體和蓋板構(gòu)成，金屬腔體內(nèi)部抽成真空，注有液體工作介質(zhì)，盒體與散熱翅片緊密接觸或連為一 體，盒體內(nèi)壁面上具有毛細芯，盒體和蓋板之間具有支撐體；其特征在于所述蓋板內(nèi)壁面中心部分具有凸臺，凸臺厚度為0. 2 2. Omm ；凸臺截面積大于或 等于熱源的接觸面積；包括凸臺的蓋板內(nèi)壁面上具有毛細芯。所述的平板均熱板，其特征在于所述毛細芯為燒結(jié)金屬粉末、金屬絲網(wǎng)、導(dǎo)熱纖 維、納米纖維或者微槽道結(jié)構(gòu)；所述毛細芯為微槽道結(jié)構(gòu)時，所述凸臺部分的微槽道的底面與蓋板其他部分微槽 道的底面處于同一水平面；所述毛細芯為燒結(jié)金屬粉末時，所述凸臺與蓋板內(nèi)壁面連接部位采用燒結(jié)金屬粉 末堆積成三角形過渡。所述液體工作介質(zhì)可以為去離子水、丙酮或乙醇；所述散熱翅片和金屬腔體可以 采用銅、鋁或不銹鋼材料制成；所述支撐體可以采用金屬加工或金屬粉末燒結(jié)制成。所述凸臺的截面可以為矩形或橢圓形；所述散熱翅片可以為圓柱形翅柱、方柱形 翅柱或矩形翅片；所述支撐體可以為圓柱形或矩形柱形。本發(fā)明在與熱源接觸面對應(yīng)的金屬腔體的蓋板內(nèi)壁面上加工一個凸臺，由于蓋板 的面積較熱源面積大，因此只需要減小與熱源接觸這部分的表面變形就可以減小接觸熱 阻，凸臺可以大大增加蓋板這一部分的機械強度，減小與熱源接觸部分的表面變形；而采用 金屬粉末燒結(jié)的支撐體既可以起到防止平板均熱板表面塌陷和表面變形，還可以減小凝結(jié) 液體的回流路程，增加液體工作介質(zhì)的回流效率，提高平板均熱板的工作性能。為防止平板均熱板上表面的變形，可以將平板均熱板集成到散熱翅片上。將散熱 翅片與金屬腔體的盒體加工成一體，然后再在蓋板上加工一個凸臺，這樣由于散熱翅片上 面部分的機械強度，消除了上表面的表面變形，蓋板內(nèi)表面與熱源接觸部分對應(yīng)的位置加 工有凸臺，可以減小與熱源接觸部分的表面變形，減小接觸熱阻。采用這樣的裝置，平板均 熱板盒體表面的接觸熱阻會完全消除，而蓋板的接觸熱阻由于凸臺的作用而降低，總之平 板均熱板的接觸熱阻將大大減小。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造加工方便，可有效減小平板均熱板的表面變形，減小其接觸 熱阻，液體工作介質(zhì)回流效率高，具有較高的工作效率。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的工作原理示意圖；圖3是本發(fā)明采用微槽道結(jié)構(gòu)的毛細芯時，凸臺部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明采用燒結(jié)金屬粉末充當毛細芯時，凸臺部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是采用燒結(jié)金屬粉末制成的支撐體示意圖；圖6是本發(fā)明的盒體與散熱翅片制成一體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理做進一步詳細說明。如圖1所示，本發(fā)明的一個實施例包括散熱翅片1和金屬腔體，所述金屬腔體由盒體2和蓋板3構(gòu)成，金屬腔體內(nèi)部抽成真空，注有液體工作介質(zhì)7，盒體2與散熱翅片1緊密 接觸，盒體2內(nèi)壁面上具有毛細芯5，盒體和蓋板之間具有支撐體6 ；所述蓋板3內(nèi)壁面中心部分具有凸臺4，凸臺厚度為0. 2mm ；凸臺截面積等于熱源 的接觸面積；包括凸臺的蓋板3內(nèi)壁面上具有毛細芯5，毛細芯5為燒結(jié)金屬粉末。液體工作介質(zhì)7為去離子水，散熱翅片1和金屬腔體采用銅材料制成；支撐體6采 用金屬粉末燒結(jié)制成。凸臺6的截面為矩形，散熱翅片1為矩形翅片，支撐體6為圓柱形。如圖2所示，本發(fā)明的工作原理如下熱源8產(chǎn)生的熱量使與熱源接觸的蓋板3的 壁面處的液體工作介質(zhì)7氣化蒸發(fā)，帶走熱量，蒸汽在盒體2的冷卻壁面上凝結(jié)成液體放出 熱量，熱量傳遞到散熱翅片1上帶走。凝結(jié)下來的液體工作介質(zhì)通過盒體和蓋板內(nèi)壁面上 的毛細芯5結(jié)構(gòu)回流到熱源8加熱區(qū)域，繼續(xù)氣化蒸發(fā)，進行下一輪循環(huán)。如此工作循環(huán)使 得高密度熱流擴散到大面積的散熱翅片1上。如圖3所示，本發(fā)明采用微槽道結(jié)構(gòu)的毛細芯5時，凸臺4部分的微槽道的底面9 與蓋板其他部分微槽道的底面10處于同一水平面；這樣有利于液體工作介質(zhì)7回流到熱源 8加熱區(qū)域進行氣化蒸發(fā)。如圖4所示，本發(fā)明采用燒結(jié)金屬粉末充當毛細芯5時，凸臺4與蓋板內(nèi)壁面連接 部位采用燒結(jié)金屬粉末堆積成三角形過渡；可以有利于液體工作介質(zhì)7回流到凸臺4表面 進行氣化蒸發(fā)。如圖5所示，本發(fā)明在凸臺以外區(qū)域采用金屬粉末燒結(jié)而成的支撐體6，防止金屬 腔體的盒體2和蓋板3表面塌陷和變形。由于支撐體6是采用金屬粉末燒結(jié)而成，內(nèi)部有 空隙，也具有毛細力，因此凝結(jié)液體工作介質(zhì)7可以沿著支撐體回流到蒸發(fā)區(qū)域，這樣可以 大大減小回流路程和時間，增加回流效率，進而提高平板均熱板的工作性能。圖6所示為本發(fā)明另一個實施例，盒體2與散熱翅片1制成一體將散熱翅片1加 工成金屬腔體的盒體2，然后再在蓋板3上加工一個凸臺4，這樣由于散熱翅片1上面部分 的機械強度，消除了盒體2的表面變形。該實施例中，凸臺4厚度為1. Omm ；凸臺截面積大于熱源的接觸面積；毛細芯為微 槽道結(jié)構(gòu)；液體工作介質(zhì)為乙醇，散熱翅片1和蓋板3采用不銹鋼材料制成，支撐體6采用 金屬加工制成；凸臺4的截面為橢圓形，散熱翅片1為圓柱形翅柱，支撐體6為矩形柱形。
權(quán)利要求
1.一種平板均熱板，包括散熱翅片(1)和金屬腔體，所述金屬腔體由盒體(2)和蓋板 (3 )構(gòu)成，金屬腔體內(nèi)部抽成真空，注有液體工作介質(zhì)(7 )，盒體(2 )與散熱翅片(1)緊密接 觸或連為一體，盒體(2)內(nèi)壁面上具有毛細芯(5)，盒體和蓋板之間具有支撐體(6)；其特征 在于所述蓋板(3)內(nèi)壁面中心部分具有凸臺(4)，凸臺厚度為0. 2 2. Omm ；凸臺截面積大 于或等于熱源的接觸面積；包括凸臺的蓋板(3)內(nèi)壁面上具有毛細芯(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的平板均熱板，其特征在于所述毛細芯(5)為燒結(jié)金屬粉末、金 屬絲網(wǎng)、導(dǎo)熱纖維、納米纖維或者微槽道結(jié)構(gòu)；所述毛細芯(5)為微槽道結(jié)構(gòu)時，所述凸臺(4)部分的微槽道的底面與蓋板其他部分 微槽道的底面處于同一水平面；所述毛細芯(5)為燒結(jié)金屬粉末時，所述凸臺(4)與蓋板內(nèi)壁面連接部位采用燒結(jié)金 屬粉末堆積成三角形過渡。
3.如權(quán)利要求1所述的平板均熱板，其特征在于所述液體工作介質(zhì)(7)為去離子水、丙酮或乙醇；所述散熱翅片(1)和金屬腔體(2)采用銅、鋁或不銹鋼材料制成；所述支撐體(6)采用金屬加工或者金屬粉末燒結(jié)制成。
4.如權(quán)利要求1所述的平板均熱板，其特征在于所述凸臺(4)的截面為矩形或橢圓形；所述散熱翅片(1)為圓柱形翅柱、方柱形翅柱或矩形翅片；所述支撐體(6)為圓柱形或矩形柱形。
全文摘要
一種平板均熱板，屬于微型電子器件的散熱裝置，用于功率模塊的熱擴散，解決現(xiàn)有平板均熱板與熱源接觸面的表面變形問題，以進一步減小與熱源部分接觸面的變形。本發(fā)明包括散熱翅片和金屬腔體，金屬腔體由盒體和蓋板構(gòu)成，金屬腔體內(nèi)部抽成真空，注有液體工作介質(zhì)，盒體與散熱翅片緊密接觸或連為一體，盒體內(nèi)壁面上具有毛細芯，盒體和蓋板之間具有支撐體；所述蓋板內(nèi)壁面中心部分具有凸臺，凸臺厚度為0.2～2.0mm；凸臺截面積大于或等于熱源的接觸面積；包括凸臺的蓋板內(nèi)壁面上具有毛細芯。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制造加工方便，可有效減小平板均熱板的表面變形，減小其接觸熱阻，液體工作介質(zhì)回流效率高，具有較高的工作效率。
文檔編號H01L23/367GK102095323SQ201010532189
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者劉勝, 羅小兵, 胡潤 申請人:華中科技大學(xué)