CN100490618C - 散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种散热装置，其包括：一基座及从基座一表面上延伸的多个散热鳍片，该基座与延伸有散热鳍片的表面相对的另一表面贴附于发热电子元件，该基座内部具有一密封中空腔，腔内填充有工作流体，其中，该工作流体中添加有纳米级导热材料颗粒，该中空腔中设有搅拌装置，该散热鳍片远离基座一端设有风扇，该搅拌装置与该风扇共有一轴，该风扇将由该发热电子元件传至该散热鳍片的热量藉由热对流的形式扩散到大气中。该散热装置工作过程中，发热电子元件散发的热量传递给散热装置基座，基座空腔中的工作流体受热蒸发，吸收相变潜热成为气体，气体到达散热鳍片一侧被冷却，冷凝成液体并释放出热量，由散热鳍片将热量传递给周围环境，从而迅速降低发热电子元件的温度。由于该散热基座采用相变传热，并在工作流体中添加具有高导热效率之纳米级导热材料颗粒，使得散热装置的散热效率大大提高。

Description

散热装置
【技术领域】
本发明关于散热装置，特别关于一种应用于电子元件散热、散热效率高、有利于集成电路密集及微型化的散热装置。
【背景技术】
近年来电子技术迅速发展，电子元件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子元件发热量剧增，因此于电子元件上贴附一散热装置，将电子元件工作时所产生的热量传导至空气中，以确保电子元件能稳定运转。
现有用来协助电子元件散发热量的相关散热装置构造，可参考1989年12月5日公告的美国专利第4,884,331号。该散热装置是在基座顶面上凸设若干散热鳍片，其中基座通常为一铜或铝等导热金属块。工作时，该基座贴附于电子元件表面将热量导出，再经散热鳍片将热量散出。但是，即使基座为铜或铝等导热能力强的金属材料，也逐渐难以满足目前高频、高速电子元件的散热要求，因此，散热装置的导热、散热效率有待提高。
【发明内容】
以下将以若干实施例说明一种散热效率提高的散热装置。
为实现上述内容，提供一散热装置，其包括：一基座及从基座一表面上延伸的多个散热鳍片，该基座与延伸有散热鳍片的表面相对的另一表面贴附于发热电子元件，该基座内部具有一密封中空腔，腔内填充有工作流体，其中，该工作流体中添加有纳米级导热材料颗粒，该中空腔中设有搅拌装置，该散热鳍片远离基座一端设有风扇，该搅拌装置与该风扇共有一轴，该风扇将由该发热电子元件传至该散热鳍片的热量藉由热对流的形式扩散到大气中。
所述纳米级导热材料颗粒包括纳米级金属粉末、纳米级碳材料颗粒。
优选的，所述纳米级导热材料颗粒包括纳米级铜粉、碳纳米球或碳纳米管。
可选的，该中空腔内壁上形成有一保护膜。
优选的，该保护膜材质为碳。
可选择的，该散热装置进一步包括一设置于基座内部中空腔中的搅拌装置。
进一步的，该散热装置还包括一设置于散热鳍片远离基座一端的风扇。
与现有技术相比，本实施方式所提供的散热装置具有以下优点：基座内部具有一密封的中空腔，腔体内填充有适量工作流体，工作过程中，发热电子元件散发的热量传递给散热装置的基座，基座空腔中的工作流体受热蒸发，吸收相变潜热成为气体，气体到达散热鳍片一侧被冷却，冷凝成液体并释放出热量，由散热鳍片将热量传递给周围环境，从而迅速降低发热电子元件的温度。由于该散热基座采用相变传热，并在工作流体中添加具有高导热效率之纳米级导热材料颗粒，使得散热装置的散热效率大大提高。另外，相变传热可提供均匀的热分布，从而避免局部热点的产生。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例散热装置的结构剖面示意图；
图2是本发明第二实施例散热装置的结构剖面示意图；
图3是本发明第三实施例散热装置的结构剖面示意图。
【具体实施方式】
以下结合图标来说明上述散热装置的实施方式：
请参阅图1，第一实施方式提供的散热装置10包括基座11及延伸于基座11一表面的多个散热鳍片14，该基座11内部具有一密封的中空腔12，中空腔12中填充有工作流体13，工作流体13中添加有纳米级导热材料颗粒。
基座11可由两块中间挖空的金属扣合并焊接而成，基座11内部的中空腔12即由该挖空部位扣合而成。将该中空腔12抽真空后，灌入适量工作流体13，然后密封。工作流体13体积通常占空腔12体积的10～90％。该工作流体13通常包括水、氨水、甲醇、乙醇、己醇、丙酮、庚烷等液体。纳米级导热材料颗粒包括纳米级金属材料粉体及纳米碳材料颗粒，如纳米级铜粉、碳纳米球或碳纳米管等。
优选地，为防止工作流体13在反复受热、蒸发冷凝过程中与空腔12内壁发生化学反应，基座11材质应与工作流体13适配，即基座11的材质不与工作流体13发生反应；或在空腔12内壁涂覆一保护膜15，较佳的，该保护膜15材料导热性能好，与工作流体13适配，即保护膜15材料不与工作流体13发生反应，如石墨、纳米碳材、类金刚石等碳材料，化学物理性能稳定，导热性好，为普遍适用的保护膜15材料，优选为碳纳米管、碳纳米球或碳纳米纤维。
基座11及散热鳍片14材质通常为金属，包括铜、铝或不锈钢等。散热鳍片14可以与形成基座11的一金属块一体成型，也可以通过焊接等方式形成于成型的基座11表面。
该散热装置10工作过程中，基座11与延伸有散热鳍片14的表面相对的表面贴附于发热电子元件，发热电子元件散发的热量传递给基座11，基座空腔12中的工作流体13受热蒸发，吸收相变潜热成为气体，气体到达散热鳍片14一侧被冷却，冷凝成液体并释放出热量，由散热鳍片14将热量传递给周围环境，从而迅速降低发热电子元件的温度。由于该散热基座11采用相变传热，且工作流体13中添加高导热能力的纳米级导热材料颗粒，使得散热装置10的散热效率大大提高。另外，相变传热可提供均匀的热分布，从而避免局部热点的产生。
请参阅图2，第二实施方式提供的散热装置20包括基座21，延伸于基座21一表面的多个散热鳍片24，及设置于散热鳍片24远离基座21一端的风扇26。其中该基座21内部具有一密封的中空腔22，中空腔22中填充有适量工作流体23，工作流体23中添加纳米级导热材料粉体，包括纳米级金属材料粉体及纳米碳材料颗粒，如纳米级铜粉、碳纳米球或碳纳米管等。优选地，中空腔22内壁亦可以形成一保护膜(图未示)，如碳材料膜层，由于碳材料性能稳定，一般不与各种工作流体发生化学反应，因此，中空腔22内壁形成保护膜后，工作流体23可选择范围更广，通常用于热管的工作流体均适用于本实施方式。
散热装置20与散热装置10相比，其改进在于进一步设置有一风扇26，可加速散热鳍片24附近空气对流，从而加快热量散发速度，因此散热装置20散热效率更高。
请参阅图3，第三实施方式提供的散热装置30包括基座31，延伸于基座31一表面的多个散热鳍片34，及一对同轴风扇36，38。其中该基座31内部具有一密封中空腔32，中空腔32中填充有适量工作流体33，工作流体33中添加纳米级导热材料粉体，包括纳米级金属材料粉体及纳米碳材料颗粒，如纳米级铜粉、碳纳米球或碳纳米管等。优选地，中空腔22内壁形成有一保护膜(图未示)。风扇36设置于散热鳍片34远离基座31的一端，另一风扇38设置于基座31内部的中空腔32内，风扇36，38共有一轴37。因此，当散热装置30工作时，风扇36驱动，风扇38亦同时驱动，而不需要额外动力。风扇36包括分布在轴37上的多个叶片及外壳，另外可设置一固持装置(图未示)将该风扇36固持在散热鳍片34上。风扇38包括轴37及分布于轴37上的多个叶片，对空腔32内的液态或汽态工作流体33起搅拌作用，加速工作流体33的对流，其可用桨或其它可起搅拌作用的装置取代。轴37与基座31的间可用润滑油液封，使轴37能灵活运转，且确保空腔32密封。
散热装置30工作时，风扇38可加快空腔32内工作流体33汽化后的传输速率，从而进一步提高散热装置30的散热效率。风扇36可将传至散热鳍片34的热量藉由热对流的形式扩散到大气中，从而加快热量散发速度，提高散热装置30的散热效率。

Claims (8)

1.一种散热装置，其包括：一基座及从基座一表面上延伸的多个散热鳍片，该基座与延伸有散热鳍片的表面相对的另一表面贴附于发热电子元件，该基座内部具有一密封中空腔，该中空腔内填充有工作流体，其特征在于，该工作流体中添加有纳米级导热材料颗粒，该中空腔中设有搅拌装置，该散热鳍片远离基座一端设有风扇，该搅拌装置与该风扇共有一轴，该风扇将由该发热电子元件传至该散热鳍片的热量藉由热对流的形式扩散到大气中。
2.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该工作流体包括水、氨水、甲醇、乙醇、己醇、丙酮及庚烷中任意一种或其组合。
3.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该纳米级导热材料颗粒包括纳米级金属粉体或纳米级碳材料颗粒。
4.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，该纳米级导热材料颗粒包括纳米级铜粉、碳纳米球及碳纳米管中任意一种或其组合。
5.如权利要求1所述的散热装置，其特征在于，中空腔内壁形成有一保护层。
6.如权利要求5所述的散热装置，其特征在于，该保护层材质为碳。
7.如权利要求6所述的散热装置，其特征在于，该保护层材质包括石墨、类金刚石及纳米碳材。
8.如权利要求7所述的散热装置，其特征在于，该保护层材质包括碳纳米管、碳纳米球及碳纳米纤维。
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