CN101060105A - 电子器件散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传热、电子器件散热技术领域。本发明是一种采用热虹吸原理的热管式散热器。液态工质在蒸发水道吸热变成蒸汽,经蒸汽管进入冷凝管,放热变成液态,依靠重力回流到蒸发水道。冷凝管从吸热块背面插入,接入蒸发水道,减少管道长度,使结构紧凑。可采用高效低廉的胀管工艺,解决接触热阻问题,引入强化空气对流传热结构,不仅降低了原材料和制造工艺成本,还有效地提高了散热量,使散热器尺寸更紧凑。采用多个风扇,提高风量,进而提高散热量。
Description
所属技术领域
本发明涉及电子器件的散热技术领域,尤其是采用热管原理、主要由吸热块、空气换热器和风扇组成的、用于冷却半导体集成电路器件的散热器。
背景技术
随着半导体集成电路晶体管数量的增加,器件的发热量也随着增加。当前计算机芯片CPU发热和散热问题已经成了计算机发展过程中的障碍,单纯的翅片加风扇结构的散热器已经满足不了要求,目前普遍采用热管式散热器。
目前用于CPU散热器中的热管的基本结构是:两端封死,内有毛细管结构的铜制管。由于台式计算机中CPU全是垂直放置,热管式散热器中的热管放置,一是水平,二是U形,热管中的工质完全靠管内的毛细管结构,如多孔结构、丝网结构、沟槽结构,产生的虹吸原理,使凝成液态的工质回流到蒸发段,实现工质在热管内循环流动,将热量从蒸发段输送到冷凝段,再经冷凝段上的扩展换热肋片(简称肋片)由风扇驱动空气带走散出。如果冷凝的工质不能回流到蒸发段(倒U型放置的热管就有这样的问题),或回流量减小,则散热器完全不能工作,或散热量减小。由于虹吸力量非常有限,因而这种热管传输的热量不高,和依靠重力回流式(热虹吸原理)相比,热量传输相差非常大。
现一般都采用铜管内烧结成的多孔结构实现虹吸,由于工艺要求,热管必须完成抽真空、灌入工质、封焊成品后才能进行后续工序,因而设置扩展换热肋片的套片工艺,不能采用现有的高效胀管工艺来保证肋片与热管有效接触,即解决接触热阻问题。采用锡焊,生产效率不高,焊接时的高温可能导致热管爆炸的危险。一片一片地紧配合套入,问题有:对热管外径精度要求高,接触不可靠,生产效率太低。为保证热管内的毛细管结构不被破坏,热管的最小弯曲半径受限制,一般要3倍的热管直径,因而散热器的尺寸不易实现紧凑化设计(尺寸小、重量轻在CPU散热器中非常重要)。另外,现热管本身的生产工艺非常复杂,要求非常高,无氧铜管多次在还原性气体(氢气)高温(上千度)烧结,有烧结成品率的问题,因而热管本身成本价格非常高。
发明内容
本发明提供一种散热器,采用热虹吸原理、环流式结构,提高了热管输送热量的能力,可采用高效、低价的胀管工艺套片,或安全简易的焊接工艺,大大提高生产效率,并显著地降低成本造价,提高散热效率。引入强化传热结构,优化结构设计,使散热器尺寸更紧凑。
本发明所采用的技术方案是:散热器主要部件有:吸热块、空气换热器和风扇。空气换热器中有多根冷凝管,冷凝管上设置有肋片;吸热块有与发热器件散热面紧贴的面,称之为吸热面,其背面即为吸热块的背面,这和现CPU热管式散热器类似。本发明的特征在于:吸热块中有蒸发水道,蒸发水道之间有相互贯通的通孔;冷凝管的一端通过蒸汽管在吸热块一端,或靠近一端,与蒸发水道相连通;冷凝管的另一端从吸热块背面,蒸发水道径向方向与蒸发水道相连通,形成环形结构;冷凝管与水冷块之间的夹角在5°~85°之间。
其工作过程是:当发热器件的散热面为垂直放置,散热器的吸热块紧贴在器件的散热面上,则吸热块为垂直放置,安装要求蒸汽管在上,冷凝管在下。在蒸发水道内的液态工质受热蒸发成汽态,向上流动,通过蒸汽管流进冷凝管,汽态工质在冷凝管内冷凝成液态。由于冷凝管与吸热块的夹角不大于85°,因而冷凝管向吸热块方向下倾有5°以上,因而冷凝成液态的工质和汽态工质的流动方向一致,沿管壁流向冷凝管的另一端,回到吸热块中的蒸发水道内,工质这样环形走了一个循环。冷凝管上的热量是通过肋片,由被风扇驱动的空气流经肋片而带走散出的。
如果发热器件的散热面水平向上,散热器水平地设置在上面,则蒸发水道在下,冷凝管在上。蒸发水道产生的汽态工质从冷凝管的两端进入冷凝管,一端是通过蒸汽管。在冷凝管内冷凝成液态的工质,由于重力作用,顺着冷凝管回流到蒸发水道内,实现循环。
以上说明,冷凝成液态的工质,靠重力回流实现工质循环,是热虹吸工作原理,靠重力回流与毛细管虹吸结构相比,液态工质回流速度高,因而热管内热量传输量高。在冷凝管内壁而设置有毛细管结构,冷凝管内壁形成厚厚的液膜,凝结时蒸汽放出的潜热必须通过液膜至壁面,即毛细管结构层的存在,不利于凝结传热。在冷凝管外的肋化(即设置肋片)程度高时,凝结传热的热阻将高于外部空气对流热阻,这都不利于提高散热器的散热量和实现散热器的小巧、紧凑化设计。本发明由于靠重力回流,冷凝管内壁不需设置毛细管结构,有效的减少液膜传热过程,并且还可以采用强化凝结传热结构,如采用螺旋内肋管,提高凝结传热,有效的提高散热量,减小散热器尺寸,冷凝管的成本也降低。
冷凝管从吸热块背面的接入蒸发水道,冷凝管好像立在吸热块背面,其目的是:降低吸热块位置,提高蒸发水道内工质液面,使蒸发水道被液态工质浸湿的面积更多,有利于蒸发传热,减少液态工质进入冷凝管内,这样有利于凝结传热;另外,使结构紧凑,冷凝管第二段的接头不必大弯曲,减小了所占空间尺寸,减小蒸发段和冷凝段之间液态工质回流距离。
吸热块中的蒸发水道之间相互贯通有非常重要的作用:一、平衡各蒸发水道的吸热蒸发量,和各冷凝管的放热凝结量。如果蒸发水道液态工质不足,但吸热蒸发量大,液态工质则通过通孔,从液态工质多的蒸发水道补充到少的地方,如果在蒸发水道内表面设置毛细管结构,则更能充分发挥所有蒸发水道的吸热蒸发能力;通过通孔,汽态工质根据各冷凝管放热凝结速度,平衡进入各冷凝管,如放热凝结速度高的冷凝管,则管内气压低,进入该冷凝管的汽态工质就多,反之亦反。
二、只需一个充液管,一次充液、抽真空,一个封焊头,这样工艺简单,密封可靠,而现热管式散热器,每根都需充液、抽真空、封焊。另外,本发明的散热器,如果封焊头漏气失效,还可以修补,成品率高,而现产品则不能这样,一旦有一根热管漏气失效,则除风扇外,整个散热器不可修补,成为废品。
本发明的散热器制造工艺主要流程是:一、在冷凝管上设置肋片,二、焊接蒸发水道与冷凝管,三、灌加工质,抽真空,封焊充液管,四、安装风扇。由于冷凝管上设置肋片工序在前,就可以采用套片式肋片,胀管工艺,肋片上的带翻边的孔比冷凝管大一点,则可以一次将所有的肋片套入冷凝管中,再胀管,将冷凝管直径胀大,就可以保证肋片与冷凝管紧密接触,解决了接触热阻的问题,该工艺简单且效率高;采用焊接工艺,由于没有密封,不存在高温膨胀爆炸的危险(不受温度限制),因而可以采用各种方便的焊接方法,如整体锡钎焊工艺。
综上所述,本发明和现产品相比,原材料成本降低,制造工艺简单,效率高,降低制造成本,结构紧凑,尺寸小巧,散热量得到有效提高。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1、2是本发明的特征剖面示意图。
图3是套片式结构空气换热器特征剖面示意图。
图4是叉列短肋形强化传热结构肋片的特征示意图。
图5是图4中A-A剖视图。
图6是百叶窗短肋形强化传热结构肋片的特征示意图。
图7是图6中B-B剖视图。
图8是波形强化传热结构肋片的特征剖面示意图。
图中,1、吸热块,2、蒸发水道,3、通孔,4、冷凝管,5、空气换热器,6、肋片,7、蒸汽管,8、风扇,9、毛细管结构。
具体实施方式
计算机中的CPU通常都是垂直放置,图1、2所示的散热器的放置都是配合发热器件散热面为垂直放置的。如图所示,由冷凝管(4)和肋片(6)构成的空气换热器(5)好像斜立在吸热块(1)上。冷凝管(4)从背面直接插入吸热块(1),从蒸发水道(2)的径向方向与其接通。这样接头短,减小冷凝段和蒸发段之间的距离,尽可能降低吸热块的位置,又能保证散热器整体紧凑、小巧。图1中,蒸汽管(7)斜插入冷却块(1)与蒸发水道(2)相接通,图2中,蒸汽管(7)在吸热块(1)的一端(上端),从蒸发水道(2)的轴上方向与其接通,蒸汽管(7)直径变小,小于冷凝管,这样更利于弯曲,减小弯曲半径,使结构紧凑,同时降低材料成本。另外,设置有两个风扇,分别在空气换热器(5)的两侧,以提高风量,进而提高散热量,还可再增加风扇数量。
图1和图2相比,图2中的散热器更紧凑。尽可能减小散热器吸热面方向上的尺寸面积,这在计算机CPU散热器安装中非常重要,因为计算机主板尺寸有限,CPU散热器安装占有相当大的面积,减小其所占面积,对整体性能有益。
冷凝管(4)与吸热块(1)的连接,可采用钎焊方法焊接,必须牢固,不允许慢性漏气。
图2所示的散热器中的蒸发水道(2)增设了毛细管结构(8),如沟槽结构、烧结成的多孔结构、丝网结构,就可依靠虹吸力,尽可能使整个蒸发水道(2)内表面被液态工质湿润;蒸发表面设置有毛细管结构,还能强化蒸发传热,这都有利于蒸发传热,降低蒸发段的热阻。
图1、2所示的散热器中,一根冷凝管对应一蒸发水道,为了增大蒸发面积,降低蒸发热阻,采用增加吸热块(1)中蒸发水道(2)的数量的措施,使中蒸发水道(2)的数量多于冷凝管的数量。蒸发水道(2)之间相互贯通的通孔(3)最好在蒸发水道(2)上端设置一个,平衡通入各冷凝管内的汽态工质流量;在冷凝管(4)与蒸发水道(2)接口下端附近再设置一个通孔(3),保证在各种情况下,所有的蒸发水道内至少保持有一定量的液态工质,如图1、2所示。
图1、2所示的散热器,冷凝管与吸热块之间的夹角大致为60°,针对现应用最广泛的台式计算机,冷凝管与吸热块之间的夹角的合理选取值应该是45°~70°。夹角太大,冷凝管太斜,散热器不紧凑,对安装不利;夹角太小,当计算机主机倾斜时,可能会出现冷凝管中的液态工质靠重力不能回流到蒸发水道内。
图3示出了套片式结构,肋片(6)通过肋片根部的翻边与冷凝管(4)接触传热,这里有接触热阻的问题,解决该问题有两种工艺:一、焊接,二、胀管。只有肋片和冷凝管都为铜材时,才适合采用锡焊。胀管工艺是一种简单、效率高、成本低的工艺,在许多其它产品生产中普遍采用,如空调中的空气换热器(冷凝器、蒸发器),并且不受材料限制,因而降低了制造工艺成本和原材料成本。
空气换热器占整个散热器的主要体积,为了减小空气换热器的体积尺寸,即主要是肋片所占的空间,采用强化空气对流传热结构的肋片。图4、5、6、7示出了短肋形强化传热结构,图4、5为叉列短肋形,图6、7为百叶窗短肋形,它们的基本特征是:空气流经的表面被冲切成一段段不连续的表面,空气每流经一段(短肋),其上的边界层都处在边界层的起始段,使整个对流换热表面充分利用了边界层起始段较薄、热阻小、换热系数高的有利特点。
如图8所示的波形结构,其强化传热原理是:在空气流动方向上,肋片被加工成波形,空气流经波形表面的凹面时会形成旋涡,在下游的凸面处会形成局部地区的流体脱离现象,这些现象都能使传热得到强化提高。
空气换热器设计中还必须认真考虑肋片之间的片距这一参数,依据实验研究,空气对流换热系数与片距的大致-0.7次方成正比,也就是说减小片距不仅可以增加肋片数量,即换热面积,还可以极大地提高空气对流换热系数。最佳片距应低于1毫米,但在实际设计中还要考虑其它因素。对于平板肋片,片距应该不大于1.5毫米,考虑到生产工艺,以及尘埃聚集污染的危险因素,片距不应小于0.7毫米。对于采用了波形和短肋形强化传热结构的肋片,片距应该不小于0.7,不大于2.0毫米,短肋的宽度在2.0毫米左右。
现有散热器仅仅考虑将发热器件(如CPU)产生的热量传到其附近周围的空气中,如果没有足量的空气对流,周围的空气将上升,像计算机这样的电子设备,机箱尺寸紧凑小巧,内部空间小,为了降低机箱内部空气温度,有效降低CPU以及其它器件的工作温度,在机箱上增设风扇,增加机箱内外的空气对流。这样的设计不仅增加了成本、体积,还增加了噪音、以及设备的不可靠性。
为了克服以上问题,本发明提出这样的一款设计:风扇采用离心式,在风扇的出风口设置有与机箱外相通的排风管,这样可以将发热器件产生的热量直接排放到机箱外,有效地降低机箱内部空气温度,提高了总散热效果。采用离心式风扇的原因是风压高,出风口尺寸小,降低了排风管口径,使之紧凑,便于安装。
Claims (9)
1、一种用于冷却半导体集成电路器件的散热器,包括有:吸热块(1)、空气换热器(5)和风扇(8),空气换热器(5)中有冷凝管(4),冷凝管(4)上设置有肋片(6),其特征在于:吸热块(1)中有蒸发水道(2),蒸发水道(2)之间有相互贯通的通孔(3);冷凝管(4)的一端通过蒸汽管(7)在吸热块(1)的一端,或靠近一端,与蒸发水道(2)相连通;冷凝管(4)的另一端从吸热块(1)的背面,蒸发水道(2)径向方向与蒸发水道(2)相连通;冷凝管(4)与吸热块(1)之间的夹角在5°~85°之间。
2、根据权利要求1所述的散热器,其特征在于:在蒸发水道(2)内设置有毛细管结构。
3、根据权利要求1所述的散热器,其特征在于:蒸发水道(2)的数量多于冷凝管(4)的数量。
4、根据权利要求1所述的散热器,其特征在于:风扇为离心式,风扇出风口设置有与机箱外相通的排风管。
5、根据权利要求1所述的散热器,其特征在于:在空气换热器(5)两侧分别设置有风扇(8)。
6、根据权利要求1至5中任一权利要求所述的散热器,其特征在于:空气换热器(5)采用了套片式结构。
7、根据权利要求6所述的散热器,其特征在于:肋片(6)采用了波形强化传热结构。
8、根据权利要求6所述的散热器,其特征在于:肋片(6)采用了短肋形强化传热结构。
9、根据权利要求6所述的散热器,其特征在于:肋片(6)为平板式,片距不大于1.5毫米,不小于0.7毫米。
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Cited By (4)
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---|---|---|---|---|
CN102478930A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 带液态金属散热机构的机箱背板 |
US9409264B2 (en) | 2013-03-25 | 2016-08-09 | International Business Machines Corporation | Interleaved heat sink and fan assembly |
CN109289229A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-01 | 中国人民解放军第五七九工厂 | 一种开放式冷凝回流装置 |
CN111010847A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-14 | 广东工业大学 | 一种均热板式散热装置 |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102478930A (zh) * | 2010-11-24 | 2012-05-30 | 中国科学院理化技术研究所 | 带液态金属散热机构的机箱背板 |
US9409264B2 (en) | 2013-03-25 | 2016-08-09 | International Business Machines Corporation | Interleaved heat sink and fan assembly |
CN109289229A (zh) * | 2018-11-01 | 2019-02-01 | 中国人民解放军第五七九工厂 | 一种开放式冷凝回流装置 |
CN109289229B (zh) * | 2018-11-01 | 2023-10-27 | 中国人民解放军第五七一九工厂 | 一种开放式冷凝回流装置 |
CN111010847A (zh) * | 2019-11-22 | 2020-04-14 | 广东工业大学 | 一种均热板式散热装置 |
CN111010847B (zh) * | 2019-11-22 | 2021-09-07 | 广东工业大学 | 一种均热板式散热装置 |
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PB01 | Publication | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20071024 |