CN101309573A - 均热板及散热装置 - Google Patents

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王肇浩
刘睿凯
白先声
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Abstract

一种均热板，包括一底板及一盖板，所述底板与盖板之间密闭形成一腔室，该腔室内填充有一工作流体，该腔室内设有从均热板的中心区域向均热板的周围边缘部分延伸的至少一脉管，该脉管中央形成一中心通孔，该脉管的管壁上形成有对工作流体产生毛细作用力的多孔结构，所述多孔结构与中心通孔相连通，本发明利用该均热板内脉管提供毛细力，加强冷凝后的工作流体回流，以达到良好均热分布的目的，有效解决高发热量电子元件的散热问题。本发明还提供一种散热装置，该散热装置由散热器与上述均热板组合形成。

Description

均热板及散热装置
技术领域
本发明涉及一种均热板，特别涉及一种用于为电子元件进行散热的均热板及使用该均热板的散热装置。
背景技术
一般散热装置是使发热电子元件与鳍片式散热器接触通过鳍片与电子元件之间的热传导达成散热目的，为应较高热通量(heat flux)的移除，在发热电子元件与散热器之间通常加装一具有良好热传导性的均热板(heat spreader)，该散热器通常较发热电子元件的面积大，以获取更大的散热面积，该均热板的作用是将发热电子元件产生的热量在传到散热器之前先均匀分布，以充分发挥散热器的效能，该均热板可使用铜、铝等较高热导系数的金属材料，但金属板受制于材料本身有限的热传导性，若对高热通量的发热电子元件或者使用较大的均热板面积来实现热量均匀分布时，会产生明显的热阻而无法达到良好均热分布之预期目的，以致散热装置的整体散热效率不甚理想。
为提升散热效率，业界亦采用在均热板内封入水等工作流体，利用工作流体的相变化来提高散热速度。现今，特别是为适用未来电子装置小型化的发展趋势，均热板之厚度将日趋变薄，而各高功率电子元件如电脑中央处理器、北桥芯片、发光二极管等也朝向更轻薄短小以及多功能、更快速运行的趋势发展，导致均热板的冷却面积(即均热板的表面积)与局部加热面积(即电子元件与均热板的接触面积)的比值将趋于增大。电子元件在运行时单位面积所产生的热量愈来愈多，单位面积热流密度也随之愈来愈大，因而均热板承受传递的热量也愈将增加，热量集中在均热板与电子元件相接触的加热部分，当热量经由工作流体的相变化产生的蒸汽流窜而快速传递至外部散热器散发出去时，冷却后的液态工作流体将聚积在均热板边缘处，缺乏有效的途径将其输送至均热板中央的加热处进入下一次循环。
发明内容
有鉴于此，在此实有必要提供一种热阻较小从而能将热量及时、有效地传递出去并提升冷却液体回流能力的均热板及具有该均热板的散热装置。
一种均热板，包括一底板及一盖板，所述底板与盖板之间密闭形成一腔室，该腔室内填充有一工作流体，该腔室内设有从均热板的中心区域向均热板的周围边缘部分延伸的至少一脉管，该脉管中央形成一中心通孔，该脉管的管壁上形成有对工作流体产生毛细作用力的多孔结构，所述多孔结构与中心通孔相连通。
一种散热装置，由一散热器与上述均热板组合形成。
与现有技术相比，本发明利用该均热板内脉管提供毛细力，加强冷凝后的工作流体回流，达到良好均热分布的目的，并同时结合均热板内的工作流体的相变化作用而具有的良好热传导特性，从而达到减小热阻的功效，有效解决高发热量电子元件的散热问题。
附图说明
下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明散热装置较佳实施例的剖视图。
图2是图1散热装置中均热板的示意图。
图3是图2沿III-III线的剖视图。
图4是图3中圈IV的局部放大示意图。
图5是图4沿V-V线的剖视图。
具体实施方式
如图1所示，本发明散热装置的较佳实施例中包括一均热板10、贴设于该均热板10下侧的一电子元件20及位于该均热板10上侧的一散热器30，其中该电子元件20可为电脑中央处理器、北桥芯片、图形视频阵列或者发光二极管等。
该散热器30由具高导热性能的金属，如铜、铝等制成，包括一平板型的基座31及从基座31向上延伸的若干散热鳍片32，所述散热鳍片32可提供较大的散热面积将电子元件20产生的热量及时地散发至环境中。散热器30不限于图中所揭示的结构及形状。
如图2及图3所示，该均热板10包括一底板12、一盖板14及设于该底板12与盖板14之间的毛细结构15。该底板12与盖板14由铜、铝或者其它具有高导热系数的材料制成，且均呈平板状，该盖板14的周边部分垂直向下弯折一定高度形成一侧壁142，为制成薄型均热板，该侧壁142高度的变化于2～3.5mm之间为最佳，侧壁142的末端向外弯折沿水平方向延伸形成一折边部140，该折边部140的外围尺寸与底板12相当，通过将该折边部140与底板12的周边120焊接固定，从而于底板12与盖板14之间形成一密闭的腔室16。本实施例中，侧壁142的高度为3mm。电子元件20贴设于均热板10的底板12底面上的中心位置，该均热板10的底板12与电子元件20所对应的区域形成加热区11，远离加热区11的周围边缘部分形成冷却区13，即底板12中央形成加热区11，边缘区域形成冷却区13。该腔室16内被抽至一定的真空状态，内部填充有低沸点工作流体，如水、酒精等，该工作流体由均热板的加热区11处吸热蒸发，带着热量向冷却区13移动，在冷却区13放热后凝结成液体并再次回流至加热区11进行下一次循环，从而利用工作流体的相变化达到快速传热与均热的目的。
该毛细结构15包括分别位于该底板12与盖板14所形成腔室16的内侧壁面上的第一、第二毛细结构15a、15b及设于底板12与盖板14之间的第三毛细结构15c。该第一、第二毛细结构15a、15b为多孔隙的网目(mesh)、纤维(fiber)、微沟槽(fine groove)、烧结粉末(sintered powder)、发泡体、海绵体、碳纳米管阵列或者以上各类型式的复合毛细结构。该第三毛细结构15c包括设置于第一、第二毛细结构15a、15b之间的六个脉管151，该脉管151对称地分布于腔室16内，从均热板10的中心位置(即加热区11)呈放射状朝向周围边缘位置(即冷却区13)延伸，每一脉管151的内端1513延伸至对应于加热区11位置处，而外端1514则延伸至对应于冷却区13的位置处。
如图4及图5所示，每一脉管151为呈一纵长的中空管状结构，壁部1512上形成若干细小的孔隙，内部形成一中心通孔1510，该中心通孔1510的直径可从0.5mm扩展至数毫米以上，较佳范围为0.5mm至2mm。该脉管151的横截面为圆环，其外径的大小大致等于所述第一、第二毛细结构15a、15b之间的距离，从而使得脉管151沿垂直方向分别与该第一、第二毛细结构15a、15b相接触。该脉管151的壁部1512可由若干铜丝、铝线、不锈钢丝或纤维束等材料制成的丝线编织形成，形成为具可绕性(flexible)管状结构，壁部1512的厚度取决于所采用丝线的线径及数量，本实施例中，均热板10的底板12和盖板14的材料均为铜，并采用纯水作为工作流体，脉管151采用线径约0.05mm的纯铜丝线编织形成，中心通孔1510的直径约为1mm，壁部1512的厚度约为0.2mm，当脉管151设置于均热板10内时，利用高温下的底板12、盖板14与脉管151的壁部1512之间相同金属间的扩散结合作用将脉管151固定于设定的位置。实际上，该脉管151的壁部1512的材料与均热板10的材料也可以不同，而采用脉管151的外径若大于第一、第二毛细结构15a、15b之间的距离，固定的方式也可利用底板12与盖板14将脉管151压合而固定。
操作时，该电子元件20贴在均热板10的底板12的底面中央，于电子元件20正对的区域形成加热区11，底板12为吸热面，而均热板10的盖板14则与散热器30的基座31热性连接，该均热板10内远离加热区11的周围边缘部分形成冷却区13，盖板14为散热面。脉管151连接于均热板10的底板12与盖板14的第一、第二毛细结构15a、15b之间，并由加热区11呈放射状延伸指向冷却区13。电子元件20工作时所产生热量首先被底板12吸收，且最先集中在加热区11，其中一部分热量经由底板12传递至腔室11内的工作流体，由于工作流体选用低沸点的液体，其吸热后快速蒸发产生蒸汽，由于蒸气在腔室11内的传播阻力几乎可以忽略，产生的蒸气将迅速充满整个腔室11，碰到均热板10的散热面时散发热量后再次冷却成液体。该底板12及盖板14上的第一、第二毛细结构15a、15b分别产生毛细力，以提供冷却后的工作流体在上、下垂直的纵向以及水平的横向输送能力，将液体输送回流至底板12中央位置的加热区11处而进入下一次循环。
该脉管151通过壁部1512产生毛细力以吸附第一、第二毛细结构15a、15b内冷却后的工作流体，促进冷却后工作流体通过其壁部1512上的孔隙在第一与第二毛细结构15a、15b间运动，可加快冷却后的工作流体在上、下纵向方向的流动。又由于脉管151的中心通孔1510的直径足够小，对冷却后的工作流体，特别是对于聚积在该均热板11的周围边缘部分即冷却区13的工作流体提供毛细力，促使聚积在那里的工作流体由外端1514的壁部1512吸附，通过壁部1512及中心通孔1510共同输送，迅速回流至热量集中的加热区11，加快工作流体在横向方向的流动。该脉管151的设置，避免了冷却后的工作流体局部聚积在冷却区13而导致均热板10热阻增加，使堆积在冷却区13位置处的冷却液体可以有效快速地回流至位于中央的加热区11进入下一次工作循环，增加了均热板10在工作时冷却液体在横向的流率，增强了加热区11与冷却区13之间的热交换，提高均热板10承受能量密度的上限及提升其热扩散性能，达到良好均热分布的目的。
上述散热装置中，均热板10的厚度大致在2mm～3.5mm之间，因而所采用的脉管151的中心通孔1510直径可足够小。若采用纯水作为工作流体，脉管151的中心通孔1510的直径在0.5mm～2mm之间变化时，中心通孔1510均可作为均热板10周围边缘处的工作流体回流至加热处11的输送通道，结合壁部1512产生的毛细力，以增强均热板10分别在纵向及横向的流体输送能力。实际上，该脉管151也可以应用于均热板10厚度较厚的情况，此时，由于脉管151内中心通孔1510的直径太大，均热板10周围边缘处的工作流体则主要通过其壁部1512产生的毛细力，以及底板12与盖板14上的毛细结构15a、15b的毛细力输送回流至加热区11来加强均热板10的传热性能。

Claims (12)

1.一种均热板，包括一底板及一盖板，所述底板与盖板之间密闭形成一腔室，该腔室内填充有一工作流体，其特征在于：该腔室内设有从均热板的中心区域向均热板的周围边缘部分延伸的至少一脉管，该脉管中央形成一中心通孔，该脉管的管壁上形成有对工作流体产生毛细作用力的多孔结构，所述多孔结构与中心通孔相连通。
2.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该脉管为由若干丝线编织而成的丝网毛细结构。
3.如权利要求2所述的均热板，其特征在于：该丝线的材料为铜丝、铝线、不锈钢丝或者纤维束。
4.如权利要求2所述的均热板，其特征在于：该脉管采用的编织丝线的线径为0.05mm，编织形成的壁部的厚度为0.2mm，中心通孔的直径为1mm。
5.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该脉管的中心通孔的直径为0.5mm至2mm。
6.如权利要求5所述的均热板，其特征在于：该均热板的高度变化为2mm至3.5mm之间。
7.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：所述底板与盖板的内侧壁面上分别进一步设有毛细结构。
8.如权利要求7所述的均热板，其特征在于：该脉管分别与底板与盖板上的毛细结构相接触，夹设于底板与盖板上的毛细结构之间。
9.如权利要求7所述的均热板，其特征在于：所述底板与盖板的内侧壁面上的毛细结构为多孔隙的网目、纤维、微沟槽、烧结粉末、发泡体、海绵体、碳纳米管阵列或者以上各类型式毛细结构的复合构造。
10.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该脉管的数量为多个，间隔分布于腔室内，所述脉管从均热板的中心区域呈放射状向均热板的周围边缘部分延伸。
11.一种散热装置，包括一均热板及置于该均热板上的一散热器，其特征在于：该均热板为权利要求1至10中任一项所述的均热板。
12.如权利要求11所述的散热装置，其特征在于：该散热器包括一基座及设于基座上的若干散热器。
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