CN101453859A - 回路式热管散热装置及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回路式热管散热装置和该散热装置的制作方法，所述的散热装置包括平板型蒸发室、多孔毛细结构和外部管路，多孔毛细结构填充在平板型蒸发室内，所述的外部管路连接在平板型蒸发室的两端口，外部管路与平板型蒸发室形成封闭的回路，平板型蒸发室内盛装有工作流体平板型蒸发室一端连接注液管。本发明的制作方法包括平板型蒸发室的成型、配置毛细结构、压边和焊接、注液真空、封口、电焊。本发明平板型蒸发室壁厚较薄，可有效节省空间，且加热面为平面，可减少发热元件与平板型蒸发室之间的接触热阻，散热功率大，可解决发热元件热流密度日益增大的问题，外部管路较长，增大了传热距离，同时结构和制作工艺简单，可实现大量生产。

Description

回路式热管散热装置及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种散热装置及其制作方法，特别涉及一种回路式热管散热装置及其制作方法。

背景技术

电子元件的热源主要来自芯片本身，只要通电使用，会因芯片本身的电阻与流通的电流而产生热量。随着集成电路制程的不断缩小化，越来越多的功能被整合在单一芯片上，相对在笔记本电脑中，主芯片CPU也因运算频率的提高及多颗核心处理器被封装在同一颗CPU上，虽然计算机运算速度与作业时间可大大的被提升，但相对于CPU所产生的热量也从低瓦数遽升至高瓦数。目前笔记本电脑的散热方式大都由热管、散热鳍片与风扇三种散热元件所构成，其散热模式主要是由CPU所产生的大量热源，经热管接触后由热管内部的二相流变化，快速将热量传送至笔记本电脑外壳边缘与鳍片接合，再经风扇施予强制对流方式进行冷却。因风扇需给予额外辅助电源及在转动时会产生一定的噪音，不仅对笔记本电脑本身电池使用时间会缩短，风扇本身所产生的噪音也会对工作场所产生干扰，且由于热管的长短与管径大小和形状的不同皆会影响其最大传热效率，往往会造成在笔记本电脑的有效空间下因热管热传量不足而使系统损坏。

发明内容

为了克服现有技术中散热空间和发热功率之间存在的矛盾的缺陷，本发明提供了一种微小型的大功率散热的散热装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种回路式热管散热装置，包括平板型蒸发室、多孔毛细结构和外部管路，所述的多孔毛细结构填充在平板型蒸发室内，所述的外部管路连接在平板型蒸发室的两端口，所述的外部管路与平板型蒸发室形成一封闭的回路，所述的平板型蒸发室内盛装有一定量的工作流体，所述工作流体的充填量为布满蒸发室的一半，以及蒸发室后半部至流体区域的外部管路。

作为优选，为了加速外部管路内热量扩散导出，在所述外部管路上设置散热鳍片。

所述平板型蒸发室与发热元件相对的一面为薄板状平面，厚度大于1mm。

所述平板型蒸发室的外壳的材质为具有弹性、高导热性的金属材料，可以是铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢。

填充在所述平板型蒸发室内的多孔毛细结构上设置有沟槽，所述的沟槽结构可为烧结多孔结构或烧结物体通过烧结模具、机械加工或用化学蚀刻的方法所形成的沟槽结构，所述的沟槽的个数为1个以上，所述沟槽的横截面形状为任意规则或不规则形状。优选，所述沟槽开在多孔毛细结构的上、下表面或仅开在多孔毛细结构的下表面，所述沟槽的横截面形状为三角形、梯形或方形。

所述的平板型蒸发室分为两个区域，一个为多孔毛细结构区，另一个为工作流体区。

所述用于烧结多孔毛细结构的粉末为铜粉、铝粉、镍粉或纳米碳粉。

所述连接于平板型蒸发室两端口的外部管路的材质为铜、铝或不锈钢。所述外部管路的管体外径大于1mm，所述外部管路的形状可以为任意形状。

所述散热鳍片的材质为高导热性的金属材料，如铜、铜合金、铝或铝合金等。

所述填充在平板型蒸发室与部分外部管路内的工作流体为沸点低于发热元件处温度的流体，如水、煤油或酒精等。

本发明的另一个目的是提供了一种回路式热管散热装置的制作方法，该方法包括以下步骤：

1)、平板型蒸发室的成型，将两端开口的空心圆管压扁到一定厚度，使上、下面形成薄板状平面结构，即形成平板型蒸发室；

2)、将多孔毛细结构配置于平板型蒸发室内；

3)、所述压扁后的平板型蒸发室的两端口为完全敞开式，然后将平板型蒸发室两端预留与管路和注液真空管连接的端口，将预留端口外的平板型蒸发室两端的其他上下壁面向一起压合，将压合处再进行焊接；

4)、将外部管路与平板型蒸发室预留的管路两端口对接并焊接到一起；

5)、将注液管插入蒸发室端部预留的端口，并与蒸发室焊接到一起；

6)、由注液管向平板型蒸发室内注入工作流体，然后再经注液管口对平板型蒸发室与外部管路抽真空，利用夹具对注液管进行封口、并将注液管封口位置焊接，这样就完成了一支回路式热管散热装置的制作。

作为优选，在步骤6)后，再在所述外部管路的中间位置处设置散热鳍片，散热鳍片可以和外部管路焊接也一起，也可以采用其他方式连接在一起。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明采用平板型蒸发室，所述的平板型蒸发室的壁为薄板状结构，壁厚较薄只有几毫米，可有效节省空间，且平板型蒸发室与发热元件相对的面为平面，增大了接触面积，可减少发热元件与平板式蒸发室之间的接触热阻，能有效的将发热元件的热量散出。

2、本发明利用工作流体的相变化传热，且气液在外部管路内有效分离，能承受比普通热管更高的热量，同时外部管路的长度比较远，因此传热距离比较远。

3、本发明散热功率大，可解决发热元件热流密度日益增大的问题。

4、本发明结构和制作工艺简单，可实现大量生产，特别是本发明可应用于笔记本电脑散热设计中。

附图说明

图1为本发明回路式热管散热装置的剖视图。

图2为本发明回路式热管散热装置的另一剖视图。

图3为图1的A-A向剖图。

图4为本发明一种多孔毛细结构的结构示意图。

图5为本发明多孔毛细结构的另一种结构示意图。

图6为本发明回路式热管散热装置的制作方法流程图。

附图标识

1-平板型蒸发室       2-多孔毛细结构         3-工作流体

4-外部管路           5-散热鳍片             6-沟槽

7-注液真空管         8-流体区域             9-蒸汽区域

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

如图1、图2所示的回路式热管散热装置，包括平板式蒸发室1、多孔毛细结构2和外部管路，所述的多孔毛细结构2填充在平板型蒸发室1内，所述的外部管路4连接在平板型蒸发室1的两端口，所述的外部管路4与平板型蒸发室1形成一封闭的回路，所述的外部管路4分成蒸汽区域9和流体区域8，所述的蒸汽区域9与设置有多孔毛细结构2的平板型蒸发室1的一端口相连接。所述的平板型蒸发室1内盛装有一定量的工作流体3，工作流体3填充在平板型蒸发室1没有设置多孔毛细结构2的空间和与该端连接的流体区域8内。工作流体3的充入量以能很好的将发热元件的热量散出，并其工作流体3能在整个闭合回路内很好的气化与凝结为宜。

如图1所示，作为优选，为了加速外部管路4内热量扩散导出，在所述外部管路4上设置散热鳍片5。所述的散热鳍片5优选设置在外部管路4的蒸汽区域9和流体区域8的交界处；所述散热鳍片5可以和外部管路4焊接也一起，也可以采用其他方式连接在一起。所述散热鳍片5的材质为高导热性的金属材料，如铜、铜合金、铝或铝合金等。

所述的多孔毛细结构2可以为烧结多孔结构、沟槽结构或烧结物体所形成的沟槽结构，所述的沟槽6的个数为1个以上，所述多孔毛细结构2上的沟槽6的形状为任意规则或不规则形状，如沟槽6的横截面可以为三角形、梯形、方形等各种形状，作为优选，如图3、图4所示，所述沟槽6设置在多孔毛细结构2的下表面，且沟槽6的横截面形状为方形，作为进一步优选，如图5所示，所述多孔毛细结构2的上、下表面上分别设置有方形沟槽6。所述的沟槽6可以采用机械加工、蚀刻、设计磨具烧结等方法制作而成。

所述用于烧结多孔毛细结构2的粉末为铜粉、铝粉、镍粉或纳米碳粉。

所述平板型蒸发室1与发热元件相对的一面为薄板状平面，厚度大于1毫米。为了使热量快速传递，所述平板型蒸发室1的外壳的材质为具有弹性、高导热性的金属材料，可以是铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢。

所述连接于平板型蒸发室1两端口的外部管路4的材质为铜、铝或不锈钢。所述外部管路4的管体外径大于1mm，所述外部管路1的形状可以为任意形状。

所述填充在平板型蒸发室1与部分外部管路4内的工作流体为沸点低于发热元件处温度的流体，如水、煤油或酒精等。

如图6所示，为本发明回路式热管散热装置的制作方法流程图，所述制作方法包括以下步骤：

1)、平板型蒸发室1的成型，将两端开口的空心圆管压扁到一定厚度，使上、下面形成薄板状平面结构，即形成平板型蒸发室1；

2)、将多孔毛细结构2配置于平板型蒸发室1内；

3)、所述压扁后的平板型蒸发室的两端口为完全敞开式，然后将平板型蒸发室两端预留与管路和注液真空管连接的端口，将预留端口外的平板型蒸发室两端的其他上下壁面向一起压合，将压合处再进行焊接；

4)、将外部管路与平板型蒸发室预留的管路两端口对接并焊接到一起；

5)、将注液管插入蒸发室端部预留的端口，并与蒸发室焊接到一起；

6)、由注液管向平板型蒸发室内注入工作流体，然后再经注液管口对平板型蒸发室与外部管路抽真空，利用夹具对注液管进行封口、并将注液管封口位置焊接，这样就完成了一支回路式热管散热装置的制作。

所述步骤1)中将空心管压扁可以采用将空心管放入模具内经压铸成型或由平板冲压成型。

作为优选，在步骤6)后，再在所述外部管路4的中间位置处设置散热鳍片5，所述散热鳍片5可以和外部管路4焊接也一起，也可以采用其他方式连接在一起。

下面对工作原理进行描述：

平板型蒸发室1的工作流体区内填充有工作流体3，并且多孔毛细结构2也吸有工作流体3，由于平板型蒸发室1的下表面与发热元件相邻，且平板型蒸发室1的下表面为薄板状平面结构，与发热元件的相对面较大，且接触热阻小，工作流体3能有效的将发热元件的热吸收，并形成气态，气态的工作流体经多孔毛细结构的沟槽6进入外部管路4的蒸汽区域9，由于多孔毛细结构2的存在，阻止气态工作流体向工作流体区的方向运动。气态工作流体在外部管路4内运动的过程中将热量逐渐散发出去，由于外部管路较长，足以使气态工作流体在外部管路中冷凝成液态。为了更好的使热量散出，气态工作流体液化，在外部管路4上连接散热鳍片5。经冷凝后的工作流体在蒸汽区域9内气态工作流体的压力下回流到平板型蒸发室1内。如此循环，便将发热元件的热量不断的带走散发出去。

Claims (13)

1、一种回路式热管散热装置，其特征在于，包括平板型蒸发室、多孔毛细结构、外部管路和注液管，所述的多孔毛细结构填充在平板型蒸发室内，所述的外部管路连接在平板型蒸发室的两端口，所述的外部管路与平板型蒸发室形成封闭的回路，所述的平板型蒸发室内盛装有工作流体，所述的注液管连接在平板型蒸发室一端。

2、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，在所述外部管路上设置散热鳍片，所述散热鳍片的材质为高导热性的金属材料铜、铜合金、铝或铝合金。

3、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，所述平板型蒸发室与发热元件相对的一面为薄板状平面，厚度大于1mm。

4、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，所述平板型蒸发室的外壳的材质为具有弹性、高导热性的金属材料的铜、铜合金、铝、铝合金或不锈钢。

5、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，填充在所述平板型蒸发室内的多孔毛细结构上设置有沟槽，所述的沟槽的个数为1个以上，所述沟槽的横截面形状为任意规则或不规则形状。

6、根据权利要求5所述的回路式热管散热装置，其特征在于，所述沟槽开在多孔毛细结构的上、下表面或仅开在多孔毛细结构的下表面，所述沟槽的横截面形状为三角形、梯形或方形。

7、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，所述用于烧结多孔毛细结构的粉末为铜粉、铝粉、镍粉或纳米碳粉。

8、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，所述连接于平板型蒸发室两端口的外部管路的材质为铜、铝或不锈钢；所述外部管路的管体外径大于1mm。

9、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，填充在所述平板型蒸发室与部分外部管路内的工作流体为水、煤油或酒精。

10、根据权利要求1所述的回路式热管散热装置，其特征在于，所述连接在平板型蒸发室的一端的注液管的材质为铜、铝或不锈钢，其外径大于1mm。

11、根据权利要求1至10中任一项所述的回路式热管散热装置的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)、平板型蒸发室的成型，将两端开口的空心圆管压扁到一定厚度，使上、下面形成薄板状平面结构；

2)、将多孔毛细结构配置于平板型蒸发室内；

3)、所述压扁后的平板型蒸发室的两端口为完全敞开式，然后将平板型蒸发室两端预留与管路和注液真空管连接的端口，将预留端口外的平板型蒸发室两端的其他上下壁面向一起压合，将压合处再进行焊接；

4)、将外部管路与平板型蒸发室预留的管路两端口对接并焊接到一起；

5)、将注液管插入蒸发室端部预留的端口，并与蒸发室焊接到一起；

6)、由注液管向平板型蒸发室内注入工作流体，然后再经注液管口对平板型蒸发室与外部管路抽真空，利用夹具对注液管进行封口、并将注液管封口位置焊接，这样就完成了一支回路式热管散热装置的制作。

12、根据权利要求11所述的回路式热管散热装置的制作方法，其特征在于，所述步骤1)中将空心管压扁采用将空心管放入模具内经压铸成型或由平板冲压成型。

13、根据权利要求11所述的回路式热管散热装置的制作方法，其特征在于，在步骤6)后，再在所述外部管路的中间位置处设置散热鳍片，散热鳍片和外部管路采用焊接或其他方式连接在一起。

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