CN103322541A - 一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器及其加工方法，该散热器包括铝制基材，铝制基材的上半部分为散热翅片；下半部分包括平板热管和下盖，平板热管上表面设有交叉半圆孔微槽道，槽道一端与用于充入工质液的充液口相连；下盖设在平板热管底部，下盖内设置有一层作为毛细吸液芯的泡沫铜；散热翅片、平板热管和下盖依次固定连接。该加工方法是：先进行仿真调试出最佳参数，然后使用热型连铸法注塑出散热翅片、微槽道、下盖，将泡沫铜固定放入到下盖中，然后将散热翅片、微槽道、下盖依次固定连接。本发明利用泡沫铜作为毛细吸液芯，结合交叉半圆孔微槽道结构，将平板热管与散热翅片一体化，散热更高效，同时能减轻器件重量，节约成本。

Description

一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器及其加工方法

技术领域

本发明涉及LED散热研究领域，特别涉及一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器及其加工方法。

背景技术

在LED灯具的实际应用中，其中一个需要注意的核心问题是LED（特别是大功率LED）的散热问题，即如何将热量尽可能多而快地导出并散发到外界中去。

传统的散热器制造工艺是将热沉和平板热管分开设计制造之后，再用导热硅胶将两者粘连，这无疑增大了散热器的接触热阻。ZHANG等提出了一种将均温器与均热器一体化的平板热管结构，其中均热器采用了交叉孔道结构。实验表明，一体化平板热管结构能有效减少散热器的接触热阻，然而交叉孔道结构的整体散热性能却未能达到预期效果，其原因在于相变热阻的增大。

在目前，大部分平板热管是利用丝网式或烧结式的铜芯结构或金属薄膜来作为毛细吸液芯，存在散热不足的问题。

因此，如何更高效地对LED进行散热成为一个颇具研究意义的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，该装置利用泡沫铜作为毛细吸液芯，结合交叉半圆孔微槽道结构，将平板热管与散热翅片一体化，具有更高效的散热作用，同时能减轻器件重量，节约成本。本发明还提供了一种加工上述散热器的方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，包括铝制基材，铝制基材的上半部分为散热翅片；下半部分包括平板热管和下盖，平板热管上表面设有交叉半圆孔微槽道，槽道一端与用于充入工质液的充液口相连；下盖设在平板热管底部，下盖内设置有一层作为毛细吸液芯的泡沫铜；散热翅片、平板热管和下盖依次固定连接。

优选的，所述泡沫铜的孔隙率为95%，孔密度为95～99ppi。这里所述的孔隙率为一定体积的泡沫金属中孔隙所占的百分比，孔密度是指显微镜下每英寸长度上的孔洞数，采用上述的参数可以使液体回流阻力较小，且泡沫铜中存在较小的孔，可以产生较大的毛细力。

优选的，所述铝制基材采用铝挤AL6063制成。该种基材有着良好的热传导率与加工性，易于表面加工和制造。

优选的，所述散热翅片上焊有穿圆孔。

优选的，所述交叉半圆孔微槽道通过热型连铸法制得。该工艺是用加热的铸型代替普通连铸的水冷结晶器。金属在铸型内被加热至熔点以上而保持液态，在铸型外冷却铸成器件，使铸件向着铸型方向定向凝固。通过控制铸型温度、冷却距离、连铸速度、金属液压头等工艺参数，控制凝固界面在出口附近，使铸件与铸型的摩擦力很小，能铸出形状复杂、壁薄、细小、表面光洁、尺寸精确的铸件。

具体的，所述工质液为水。选择水作为工质液，其具有较大的蒸发潜热和表面张力，蒸发潜能使液体以较小的流量带走较多的热量，而表面张力使毛细吸液芯在孔径一定时产生更大的毛细吸力。

一种加工上述散热器的方法，包括以下步骤：

（1）利用热分析软件仿真实验方法对散热器的厚度、外形和结构进行定量的优化设计，对散热翅片的外形、穿孔数目和结构、微槽道的结构、泡沫铜的体积、工质液的用量进行实验设计，调试出最佳参数；

（2）根据步骤（1）所设计的散热翅片和微槽道结构的立体形状，制作模具；使用热型连铸法，注入高温液态金属铝，经冷却后铸成微槽道结构和充液口结构；将散热翅片与微槽道部分上下焊接成一体化结构，最后完成螺纹的加工；

（3）使用与步骤（2）同样的方法制作下盖，固定放入经实验设计后的泡沫铜，将步骤（2）焊接得到的器件与下盖进行固定，做成完整的散热器；

（4）向充液口中注入实验设计出的最适用量的工质水，紧密封闭充液口。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明使用了孔隙率高、表面积大的泡沫金属铜作为毛细吸液芯与交叉半圆孔微槽道共同作用，在增大冷凝面积的基础上加速了工质液的冷凝回流，更进一步增大散热速率，优化导热性能。

2、本发明使用的泡沫金属铜质量轻巧，同时采用的穿圆孔散热翅片与交叉半圆微槽道亦能减少材料用量，很好地减轻器件的整体质量。

附图说明

图1为本发明实施例的剖面结构示意图。

图2为本发明实施例的交叉半圆孔微槽道的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，包括铝制基材1，所述铝制基材1的上半部分为焊有穿圆孔的散热翅片2；包括平板热管和下盖，平板热管上表面设有交叉半圆孔微槽道3，槽道一端与用于充入工质液的充液口4相连；下盖设在平板热管底部，下盖内设置有一层作为毛细吸液芯的泡沫铜5；散热翅片2、平板热管和下盖依次固定连接。下盖和散热翅片底部有接触面6。

本实例的交叉半圆孔微槽道结构3由热型连铸法制成。

本实例选用的泡沫铜层5的孔隙率（一定体积的泡沫金属中孔隙所占的百分比）为95%，孔密度（显微镜下每英寸长度上的孔洞数）为99ppi。在实际应用中，可根据实际要求对孔密度进行调整，例如可在95～99ppi范围内进行选取。

本实施例选用水作为工质液。所述铝制基材采用铝挤AL6063制成。

本实施例的散热器通过以下步骤得到：

第一步：利用热分析软件仿真实验方法对散热器的厚度、外形和结构等方面进行定量的优化设计，对散热翅片的外形、穿孔数目和结构、微槽道的结构、泡沫铜的体积、工质水的用量进行实验设计，调试出最佳参数，使一体化平板热管的散热效果达到最佳。

第二步：根据所设计的散热器上半部（包括散热翅片和均温器的微槽道结构）的立体形状，制作模具；使用热型连铸法，注入高温液态金属铝，经冷却后铸成微槽道结构和充液口结构（如图2）；将散热翅片与平板热管中微槽道部分上下焊接成一体化结构，最后完成螺纹的加工。

第三步：使用与上步同样的方法制作下盖，固定放入经实验设计后的泡沫铜，并且将上步中焊接得到的器件与下盖对准拼合，在二者接触面位置精准焊接，做成完整的一体化平板热管。

第四步：向充液口中注入实验设计出的最适用量的工质水，紧密封闭充液口，防止液体渗漏。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，其特征在于，包括铝制基材，铝制基材的上半部分为散热翅片；下半部分包括平板热管和下盖，平板热管上表面设有交叉半圆孔微槽道，槽道一端与用于充入工质液的充液口相连；下盖设在平板热管底部，下盖内设置有一层作为毛细吸液芯的泡沫铜；散热翅片、平板热管和下盖依次固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，其特征在于，所述泡沫铜的孔隙率为95%，孔密度为95～99ppi。

3.根据权利要求1所述的基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，其特征在于，所述铝制基材采用铝挤AL6063制成。

4.根据权利要求1所述的基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，其特征在于，所述散热翅片上焊有穿圆孔。

5.根据权利要求1所述的基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，其特征在于，所述交叉半圆孔微槽道通过热型连铸法制得。

6.根据权利要求1所述的基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器，其特征在于，所述工质液为水。

7.一种加工权利要求1-6任一项所述的基于泡沫铜和微槽道的一体化散热器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）利用热分析软件仿真实验方法对散热器的厚度、外形和结构进行定量的优化设计，对散热翅片的外形、穿孔数目和结构、微槽道的结构、泡沫铜的体积、工质液的用量进行实验设计，调试出最佳参数；

（2）根据步骤（1）所设计的散热翅片和微槽道结构的立体形状，制作模具；使用热型连铸法，注入高温液态金属铝，经冷却后铸成微槽道结构和充液口结构；将散热翅片与微槽道部分上下焊接成一体化结构，最后完成螺纹的加工；

（3）使用与步骤（2）同样的方法制作下盖，固定放入经实验设计后的泡沫铜，将步骤（2）焊接得到的器件与下盖进行固定，做成完整的散热器；

（4）向充液口中注入实验设计出的最适用量的工质水，紧密封闭充液口。

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