CN101160034A

CN101160034A - 大功率动力电子装置热管冷却散热器

Info

Publication number: CN101160034A
Application number: CNA200710148476XA
Authority: CN
Inventors: 王亚雄
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2008-04-09

Abstract

本发明涉及一种大功率动力电子装置热管冷却散热器，包括底板、固定基板、热管、薄翅片组，其特征是：在固定基板正面竖直地设有相互间平行排列的圆柱形翅片，在固定基板底面设有呈斜线平行排列的槽道，在每个槽道的两端均打有贯通固定基板两面的通孔；热管弯曲加工成“U”形，热管的上部从固定基板的通孔中穿过，底部嵌入固定基板的槽道中；薄翅片组中的翅片呈水平方阵式排列，在薄翅片组上打有与热管上部相对应的竖孔，每个热管的上部均穿入薄翅片组上的对应的竖孔中；底板与固定基板的底面固定并压紧热管的底部。其优点是：不仅可用于动力电子设备/元器件的冷却散热，而且还可用于多种微电子元器件、数据中心、太空站动力电子设备的热控制，机载雷达器件散热、功率放大器散热、激光装置的精确温度控制等方面，散热能力大，整体热阻小，机构紧凑，体积小，重量轻，节省金属材料。

Description

大功率动力电子装置热管冷却散热器

技术领域：

本发明涉及一种大功率动力电子装置热管冷却散热器。

背景技术：

微米和纳米半导体制程技术的发展，使得微电子和动力电子装置上晶体管和电路的密度越来越高，体积越来越小。这一发展趋势，导致了芯片上总热负荷和热流密度大幅度的增加。如何有效导出热量，控制芯片的操作温度已是制约芯片性能和发展的一个关键因素，也是设备稳定和可靠性的首要条件。据预测，在未来的几年，动力电子芯片产生的热流密度可能到达500W/cm²。如此高的热流密度，传统的基于固体金属材料制造的各种散热器无法满足热控制的要求。针对这一挑战，创新性的新型散热冷却技术将是在必然。高效的动力电子散热器在大功率电源，混合动力电池，无线地面工作站，军事装置，新型能量武器，激光武器，中际雷达等领域都有广泛应用。

发明内容：

本发明目的就是提供一种不仅可用于动力电子设备/元器件的冷却散热，而且还可用于多种微电子元器件、数据中心、太空站动力电子设备的热控制，机载雷达器件散热、功率放大器散热、激光装置的精确温度控制等方面的大功率动力电子装置热管冷却散热器。

本发明目的是通过以下方式实现的：

本发明包括底板、固定基板、热管、薄翅片组，其特征是：在固定基板正面竖直地设有相互间平行排列的圆柱形翅片，在固定基板底面设有呈斜线平行排列的槽道，在每个槽道的两端均打有贯通固定基板两面的通孔；热管弯曲加工成“U”形，热管的上部从固定基板的通孔中穿过，底部嵌入固定基板的槽道中，使得热管与热管呈斜线平行排列；薄翅片组中的翅片呈水平方阵式排列，在薄翅片组上打有与热管上部相对应的竖孔，每个热管的上部均穿入薄翅片组上的对应的竖孔中；底板与固定基板的底面固定并压紧热管的底部。

所述固定基板的槽道的截面为半圆形；

所述热管在工成“U”形时，其最佳形状是：底部的接触底板部分压扁，而和固定基板接触部分保持半圆形状。

本发明的优点是：

1.本散热器采用多热管-平行薄翅片空气冷却散热，热源的热量通过热管中工作流体的蒸发，有效地传递到散热翅片，散热能力大，整体热阻小；

2.水平翅片设计，冷却空气可以通过任何方向，适合不同的电子元件布置；

3.由于热管的毛细作用力，该散热器可垂直，水平，甚至倒置使用；

4.热管在翅片上非均匀的交错布置，提高翅片效率，降低翅片-空气侧的热阻(参照图4)；

5.固定基板与热管接触部分采用半圆槽结构设计(如图10所示)，嵌压热管在半圆槽里，形成紧密结合。不仅可以提高热传导量，而且显著提高热流密度，降低底部接触热阻；

6.基板-热管-底板采用低温钎焊，形成底板和热管，热管和基板之间的有效接触，减小接触热阻；

7.基板顶部设计有圆柱形翅片，增加底部的散热能力。圆柱形翅片设计，流体阻力小，传热效率高，而且冷却空气可在任何方向流通；

8.热管弯曲加工成U-形，底部接触底板部分压扁，而和固定基板接触部分保持半圆形状(如图5所示)，既能保证和底板之间较大面积的接触，又能和基板之间保持有效而良好的接触；

9.热管与热管呈斜线平行排列，在兼顾热管在翅片上分布的同时，使热管底部吸热面尽量增大，消除电子芯片/元件上可能产生的热点，增加散热能力和降低接触热阻；

10.本散热器机构紧凑，体积小，重量轻，节省金属材料。

附图说明：

图1是本发明的正视图；图2是图1的侧视图；图3是图1的仰视图；图4是图1的俯视图；图5是图4的A-A向剖视图；图6是固定基板的正视图；图7是图6的侧视图；图8是图6的仰视图；图9是图6的俯视图；图10是图8的B-B向剖视图；图11是本发明的组装示意图。

图中：1.底板，2.固定基板，3.圆柱形翅片，4.热管，5.薄翅片组，6.薄翅片间距定位片，7.底板定位铆钉，8.散热器固定螺丝孔，9.供热管穿出的通孔，10.半圆形槽道。

具体实施方式：

本发明的大功率动力电子装置热管冷却散热器，是利用热管的热超导特性，通过独特结构设计，把动力电子元件/装置(IGBT)产生的热量导出并通过强制对流散到周围环境中。热源(芯片/IGBT等电子元件)产生的热量，以热传导的形式通过底板传递到热管。热管内的工作流体吸收热量蒸发，把热量传输到热管的另一端。电子装置周围流动的空气通过对流和翅片交换热量，翅片通过导热散处与之接触的热管的热量。释放出热量的工作流体冷凝，被热管内的毛细结构循环回热源端吸收热量蒸发。这样循环往复，实现对热源的温度控制和热量的导出。

本发明的结构包括底板1、固定基板2、热管4、薄翅片组5，在固定基板2正面竖直地设有相互间平行排列的直径在2.0-4.0mm之间的圆柱形翅片3，在固定基板2底面设有呈斜线平行排列的半圆形槽道10，在每个槽道的两端均打有贯通固定基板两面的通孔9；热管4弯曲加工成“U”形，热管4的上部从固定基板的通孔9中穿过，底部嵌入固定基板的槽道10中，使得热管与热管呈斜线平行排列；薄翅片组5中的翅片呈水平方阵式排列，在薄翅片组5上打有与热管上部相对应的竖孔，每个热管4的上部均穿入薄翅片组上的对应的竖孔中；底板1与固定基板2的底面固定并压紧热管4的底部。

本散热器结构连接(组装)方式：

用压铸或数控机床加工出带圆柱形翅片和嵌入热管的槽道的散热器的铝基座。加工成型的热管按照顺序插入并穿过基座上的条形空定位。在铜底板上涂一薄层焊锡膏，带有焊锡膏的铜板由下向上压到机板的槽内，并压紧热管。冲压好的翅片组的每一个孔里涂有焊锡膏，把每根升出基板热管的头对准翅片组上的空位，由上往下穿到热管上。组装到一起的零部件用夹/制具固定，放入回流焊炉，加热焊接到一起。如图10所示。

实施例：

1.SEMIX703GB126IGBT散热器

散热器尺寸：125×76×80mm

结构与材料：

底板：C1100

固定基座：AL6063

薄翅片组：AL6063

热管：6只60mm

散热能力：600-800Watts。

Claims

1.一种大功率动力电子装置热管冷却散热器，包括底板、固定基板、热管、薄翅片组，其特征是：在固定基板正面竖直地设有相互间平行排列的圆柱形翅片，在固定基板底面设有呈斜线平行排列的槽道，在每个槽道的两端均打有贯通固定基板两面的通孔；热管弯曲加工成“U”形，热管的上部从固定基板的通孔中穿过，底部嵌入固定基板的槽道中，使得热管与热管呈斜线平行排列；薄翅片组中的翅片呈水平方阵式排列，在薄翅片组上打有与热管上部相对应的竖孔，每个热管的上部均穿入薄翅片组上的对应的竖孔中；底板与固定基板的底面固定并压紧热管的底部。

2.根据权利要求1所述的大功率动力电子装置热管冷却散热器，其特征是：设在固定基板底面的槽道的截面为半圆形。

3.根据权利要求1所述的大功率动力电子装置热管冷却散热器，其特征是：热管的底部的接触底板部分压扁，而和固定基板接触部分保持半圆形状。