一種基于非相變熱超導(dǎo)原理的冷板散熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于非相變熱超導(dǎo)原理的冷板散熱器，屬于電子器件發(fā)熱元件散熱技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子及通訊技術(shù)的迅速發(fā)展，高性能芯片和集成電路的使用越來越廣泛。電子器件芯片的功率不斷增大，而體積卻逐漸縮小，并且大多數(shù)電子芯片的待機發(fā)熱量低而運行時發(fā)熱量大，瞬間溫升快。高溫會對電子器件的性能產(chǎn)生有害的影響，據(jù)統(tǒng)計電子設(shè)備的失效有55%是溫度超過規(guī)定值引起的，電子器件散熱技術(shù)越來越成為電子設(shè)備開發(fā)、研制中非常關(guān)鍵的技術(shù)。電子器件散熱的目的是對電子設(shè)備的運行溫度進行控制(或稱熱控制)，以保證其工作穩(wěn)定性、可靠性及使用壽命。
[0003]IGBT器件是復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件，驅(qū)動功率小而飽和壓降低，有輸入阻值高、開關(guān)速度快、通態(tài)電壓低、阻斷電壓高、承受電流大等特點，已成為當(dāng)今功率半導(dǎo)體器件發(fā)展的主流，廣泛應(yīng)用到各種交流電機、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域功率電子電路中。散熱設(shè)計是這些年IGBT器件研究課題之一，當(dāng)IGBT器件工作時，產(chǎn)生的熱量會使芯片溫度升高，如果散熱緩慢，那么就有可能使芯片溫度升高到超過所允許的最高IGBT結(jié)溫，IGBT器件的性能將顯著下降，并且不能穩(wěn)定工作，從而導(dǎo)致IGBT器件性能惡化或失效，而研究表明，IGBT器件失效率與其結(jié)溫指數(shù)有直接關(guān)系，其性能隨結(jié)溫升高而降低。研究數(shù)據(jù)表明，IGBT器件工作溫度每升高10°C失效率增加I倍，此外，過熱引起的“電子迀移”現(xiàn)象會對芯片造成不可逆的永久損傷，影響芯片壽命。同時隨著IGBT器件容量的不斷增大，對散熱效能提出越來越高的要求。所以IGBT散熱設(shè)計的基本任務(wù)是，根據(jù)熱力學(xué)基本原理，設(shè)計一熱阻盡可能低的熱流傳輸通路，使器件發(fā)出的熱量盡可能快速且均勻地傳遞至散熱端，從而保證器件運行時，其內(nèi)部的溫度始終保持在允許的結(jié)溫之內(nèi)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于非相變熱超導(dǎo)原理的冷板散熱器，實現(xiàn)了冷板散熱器工作表面的快速傳熱與均溫，控制發(fā)熱元件可使用在比較理想的溫度，本冷板散熱器普遍應(yīng)用于各類大功率芯片、電器元件的散熱，例如CPU、IGBT等。
[0005]本冷板散熱器的使用目的是為發(fā)熱元件散熱，使其在適宜的溫度工作，且若冷板散熱器工作面設(shè)置多個元件時，可使工作面溫度均勻，保證各元件工作的均衡性，延長整體元件的使用壽命。
[0006]非相變熱超導(dǎo)原理即在工質(zhì)不發(fā)生相變的溫度或壓力范圍內(nèi)，依靠微觀工質(zhì)分子相互作用，實現(xiàn)熱量從發(fā)熱源通過該工質(zhì)被高效傳導(dǎo)至熱源以外。將可實現(xiàn)這一熱傳導(dǎo)過程的工質(zhì)稱為熱超導(dǎo)工質(zhì)，此熱超導(dǎo)過程由于實際發(fā)生于微觀分子之間，因此其導(dǎo)熱速率及熱流密度均高于一般熱傳導(dǎo)及換熱方式，同時熱傳導(dǎo)均勻性非常好。
[0007]為使熱超導(dǎo)工質(zhì)在工作過程中達到其最佳效能，采用該原理及技術(shù)時，需要對對應(yīng)載體的使用環(huán)境及使用條件進行確切劃分。而不同使用條件下對應(yīng)的熱超導(dǎo)工質(zhì)會隨之進行調(diào)配，包括工質(zhì)選擇、工質(zhì)組分配比、工質(zhì)濃度調(diào)配、催化劑或抑制劑的選擇與使用、工質(zhì)加工等。
[0008]本實用新型解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:一種基于非相變熱超導(dǎo)原理的冷板散熱器，包括:底板、冷卻循環(huán)管路、蓋板和熱超導(dǎo)工質(zhì)，其中，
[0009]所述底板中部設(shè)有內(nèi)凹的型腔，底板側(cè)壁設(shè)有與型腔連通的充裝口，型腔底部設(shè)有與型腔連通的進冷媒口和出冷媒口，進冷媒口和出冷媒口各連通一個接頭，所述蓋板密封連接在所述底板上且位于所述型腔的一側(cè)，所述冷卻循環(huán)管路置于型腔內(nèi)，一端與進冷媒口連通，另一端與出冷媒口連通，所述熱超導(dǎo)工質(zhì)填充在型腔內(nèi)。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實用新型還可以做如下改進。
[0011 ]進一步，所述底板邊緣設(shè)有螺紋孔，所述蓋板置于底板上且其設(shè)有與底板螺紋孔相匹配的孔結(jié)構(gòu)，蓋板與底板通過螺栓密封連接。
[0012]進一步，所述充裝口與三角閥連通。
[0013]進一步，所述冷卻循環(huán)管路包括第一進冷媒管、第二進冷媒管、回冷媒管和分流管，其中，所述第一進冷媒管的一端與進冷媒口連通，另一端與第二進冷媒管的一端圓弧連通，第二進冷媒管的另一端為封閉的自由端，回冷媒管的一端與出冷媒口連通，另一端為封閉的自由端，兩根以上的分流管并列均勻設(shè)置于第一進冷媒管、第二進冷媒管和回冷媒管圍成的空間內(nèi)，分流管的一端與第二進冷媒管連通，另一端與回冷媒管連通。
[0014]進一步，所述進冷媒口和出冷媒口設(shè)在型腔底部且靠近型腔一側(cè)的邊緣，進冷媒口和出冷媒口設(shè)在同一水平線上，第一進冷媒管的一端與進冷媒口連通，另一端向遠(yuǎn)離進冷媒口一側(cè)的型腔邊緣延伸且與第二進冷媒管的一端90度圓弧連通，回冷媒管設(shè)置于進冷媒口和出冷媒口之間且平行于第二進冷媒管，兩根以上的分流管互相平行且間距相等設(shè)置于第一進冷媒管、第二進冷媒管和回冷媒管圍成的空間內(nèi)，分流管的一端與第二進冷媒管連通，另一端與回冷媒管連通。
[0015]進一步，所述型腔的底端設(shè)有一個以上的發(fā)熱元件。
[0016]進一步，所述發(fā)熱元件為IGBT、CPU、電子芯片、集成電路中的一種。
[0017]進一步，所述熱超導(dǎo)工質(zhì)為在使用環(huán)境中(即需要散熱的環(huán)境)能流動的蒸餾水、醇類、脂類中的一種或幾種的混合物，同時工質(zhì)可為氣相、液相或固相。
[0018]采用上述進一步方案的有益效果是熱超導(dǎo)工質(zhì)充裝入型腔內(nèi)實現(xiàn)高效熱傳導(dǎo)，熱超導(dǎo)工質(zhì)的選擇范圍廣泛。
[0019]進一步，所述冷卻循環(huán)管路中的冷媒為在使用環(huán)境中(即需要散熱的環(huán)境)能流動的蒸餾水、醇類、脂類中的一種或幾種的混合物，氣相、液相或固相工質(zhì)均可使用。
[0020]進一步，所述型腔為均布的槽道。
[0021 ]采用上述進一步方案的有益效果是冷板的承壓性較好。
[0022]進一步，所述型腔底部且避開冷卻循環(huán)管路的位置上設(shè)有凸臺攻螺紋。
[0023]采用上述進一步方案的有益效果是起加固承壓作用，同時對冷卻循環(huán)管路的位置進行限定，防止發(fā)生移位。
[0024]進一步，所述進冷媒口所接接頭連接制冷系統(tǒng)膨脹閥出口，所述出冷媒口所接接頭連接制冷系統(tǒng)壓縮機入口。
[0025]進一步，所述熱超導(dǎo)工質(zhì)的充裝量為型腔容積的88%_95%。
[0026]本實用新型的有益效果是:
[0027]1、本冷板散熱器有別于傳統(tǒng)冷板，為兩級換熱方式，首先發(fā)熱元件產(chǎn)生的熱量通過底板傳遞至型腔中的熱超導(dǎo)工質(zhì)，熱超導(dǎo)工質(zhì)將吸收的熱量再通過冷卻循環(huán)管路傳遞至其中的冷媒。這種方式的優(yōu)點是，通過型腔中的熱超導(dǎo)工質(zhì)，能夠最大限度實現(xiàn)冷板散熱器整體均溫，使冷板散熱器的溫度差保持在較小的范圍。
[0028]2.使用冷板散熱器時，將其豎直放置(即圖示使用方向)，冷媒從底板下部進入冷卻循環(huán)管路，通過管路引流至底板上部，通過分流管進行均勻分流后，回流至底端的回冷媒管并流出。發(fā)熱元件工作過程中產(chǎn)生的熱量從下向上堆積，冷卻循環(huán)管路內(nèi)的冷媒流動方向與其相反為自上而下，從而實現(xiàn)逆流換熱，換熱效率更高；同時，冷卻循環(huán)管路通過若干分流管均勻地進行分流將進一步促進冷板散熱器的均溫。
【附圖說明】
[0029]圖1為一種基于非相變熱超導(dǎo)原理的冷板散熱器除去蓋板的視圖；
[0030]圖2為一種基于非相變熱超導(dǎo)原理的冷板散熱器的剖視圖；
[0031 ]圖3為冷卻循環(huán)管路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖4為帶有凸臺攻螺紋的底板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]附圖中，各標(biāo)號所代表的部件列表如下:<