CN103997878B - 一种相变散热装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种相变散热装置及其制造方法，装置由基体，盖板，相变材料和封装块组成，基体为一面开槽的壳体，槽内设置有导热加强筋，将壳体内部分割为多个子区域，基体侧面设置有开口，用于灌注相变材料，盖板为一面带有加强筋的平板，盖板加强筋上设置有各向连通孔，将盖板加强筋所分割的各子区域相互连通；封装块与基体侧面的开口过盈配合。本发明热容量大，为传统金属热沉的两倍以上，可大大减缓电子设备的升温速率；而且可靠性高，相比较传统的风冷或液冷散热技术，减少了运动部件，消除了冲击振动对电子设备的影响，且降低了散热器本身的故障率。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备散热技术领域，具体为一种相变散热装置及其制造方法。
背景技术
传统的电子设备散热通过对流、传导和辐射三种方式将热量排散到系统以外，但是对于一些密闭空间的电子设备，传统的散热方式很难发挥作用，往往只能通过设备结构本身的金属热沉来吸收电子器件的热量。该种散热方式热容量小，无法满足大部分设备的工作要求。
发明内容
要解决的技术问题
为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种相变散热装置及其制造方法。
技术方案
相变材料是通过相变过程吸收大量热量，其等效热容量可高达200kJ/kg以上。本发明就是通过采用吸热量大、密度低且可靠性高的相变散热装置来解决封闭空间内电子设备的散热问题。
本发明的技术方案为：
所述一种相变散热装置，其特征在于：由基体，盖板，相变材料和封装块组成；所述基体为一面开槽的壳体，槽内设置有导热加强筋，将壳体内部分割为多个子区域，导热加强筋的高度低于基体外围高度；基体侧面设置有开口，用于灌注相变材料；基体的开槽一面为主焊接面，与盖板的焊接搭接宽度不低于2mm，基体槽内加强筋顶面为次焊接面；所述盖板为一面带有加强筋的平板，盖板上的加强筋与壳体槽内的导热加强筋位置对应；盖板加强筋上设置有各向连通孔，将盖板加强筋所分割的各子区域相互连通；封装块与基体侧面的开口过盈配合。
进一步的优选方案，所述一种相变散热装置，其特征在于：相变材料采用熔点在30℃-120℃之间物性稳定的低温相变材料，潜热值大于150kJ/kg，密度小于1g/cm3，无毒。
进一步的优选方案，所述一种相变散热装置，其特征在于：盖板加强筋上的各向连通孔的孔径不超过1mm。
进一步的优选方案，所述一种相变散热装置，其特征在于：基体侧面的开口为腰型槽开口，腰型槽开口的宽度不低于4mm。
所述一种相变散热装置的制作方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：采用数铣加工基体，盖板和封装块；
步骤2：采用真空钎焊工艺，将基体与盖板焊接为一体，其中基体的开槽一面为主焊接面，与盖板的焊接搭接宽度不低于2mm，基体槽内加强筋顶面为次焊接面，形成一个带腰形槽开口的封闭空腔体；
步骤3：清洗封闭空腔体的内外表面，并烘干；
步骤4：将相变材料加热至液态，采用真空灌注方式将液态相变材料从基体的腰形槽开口处注入到封闭空腔体中，灌注液态相变材料的容积量为封闭空腔体内部体积的90％-95％之间，形成满腔体；
步骤5：清洗满腔体的侧面腰形槽开口及附近区域，确保无相变材料残留物；
步骤6：采用真空电子束焊接工艺，将步骤5处理后的满腔体与步骤1中制备的封装块焊接接合，形成相变材料封装体；
步骤7：清理相变材料封装体外表面并镀涂，得到相变散热装置成品。
有益效果
本发明具有以下优点：
1、可设计性强，适用于各种安装空间。2、热容量大。其热容量为传统金属热沉的两倍以上，可大大减缓电子设备的升温速率，将单次可工作时间延长。3、可靠性高。相比较传统的风冷或液冷散热技术，减少了运动部件，消除了冲击振动对电子设备的影响，且降低了散热器本身的故障率。4、密度低。相比于传统的金属热沉，密度大大降低。5、制造流程清晰明了，各种工艺的成熟度高，产品制造合格率高。6、制造工艺保证相变装置内部无残留气体，有效防止了后期工作阶段的热膨胀问题。
附图说明
图1：相变散热装置组成图；
图2：相变散热装置基体结构示意图；
图3：相变散热装置盖板结构示意图；
图4：工艺方法流程图；
图5：实施例1示意图；
图6：实施例2示意图；
图7：对比测试温度曲线图。
其中：1—基体；2—盖板；3—相变材料；4—封装块；1a—灌注口；1b—基体加强筋；1c—次焊接面；1d—主焊接面；2a—盖板加强筋；2b—连通孔；2c—主焊接面；2d—次焊接面。
具体实施方式
下面结合具体实施例描述本发明：
实施例1：
本实施例中设计的相变散热装置，由基体，盖板，相变材料和封装块组成。所述基体为一面开槽的壳体，相变散热装置的基体尺寸为154mm(长)×204mm(宽)×25mm(高)，槽内设置有导热加强筋，将壳体内部分割为多个子区域，其中导热加强筋厚度为1mm，间距为11mm，高度为15mm，导热加强筋的高度低于基体外围高度。导热加强筋不但可以提高基体和盖板之间的导热性能，同时还可起增强壳体的抗膨胀与抗弯曲力学性能的作用。
所述盖板为一面带有加强筋的平板，盖板厚度为1.5mm，其上加强筋厚度为1mm，高度为7mm，间距为11mm，盖板上的加强筋与壳体槽内的导热加强筋位置对应。盖板上的加强筋也起到增强盖板的抗膨胀力学性能的作用。盖板加强筋上设置有各向连通孔，连通孔位置和数目保证将盖板加强筋所分割的各子区域相互连通，且孔径不超过1mm。
基体侧面设置有腰型槽开口，用于灌注相变材料。灌封口腰型槽宽度8mm，深度为2mm。封装块与腰型槽开口过盈配合。具体装置图如图5所示。
本实施例中采用的相变材料为石蜡，熔点为60℃，潜热值为175kJ/kg。
本实施例中相变散热装置的制作方法，采用以下步骤：
步骤1：采用数铣加工基体，盖板和封装块；
步骤2：采用真空钎焊工艺，将基体与盖板焊接为一体，其中基体的开槽一面为主焊接面，与盖板的焊接搭接宽度不低于2mm，基体槽内加强筋顶面为次焊接面，形成一个带腰形槽开口的封闭空腔体；焊接中需要将焊片处理成与焊接面形状一致，保证不产生多余的焊料残留；
步骤3：清洗封闭空腔体的内外表面，并烘干；
步骤4：将相变材料加热至液态，采用真空灌注方式将液态相变材料从基体的腰形槽开口处注入到封闭空腔体中，灌注液态相变材料的容积量为封闭空腔体内部体积的90％-95％之间，形成满腔体；
步骤5：清洗满腔体的侧面腰形槽开口及附近区域，确保无相变材料残留物；
步骤6：采用真空电子束焊接工艺，将步骤5处理后的满腔体与步骤1中制备的封装块焊接接合，形成相变材料封装体；
步骤7：清理相变材料封装体外表面并镀涂，得到相变散热装置成品。
对本实施例得到的相变散热装置进行了应用对比测试：应用环境如下：
某电子器件热功率：50W；工作环境温度：﹢27℃；该电子器件的长寿命可靠工作要求其最高壳温低于+80℃。对比测试了电子器件无热沉工作、采用实心铝块热沉散热、采用相变散热装置散热等三种不同方案下电子器件的散热效果。
通过对比测试，得到温度曲线图如图7所示，及结果对比下表：
相比于传统的铝材热沉，本发明实施实例极大延缓了电子元器件的升温速率，使其可靠工作时间得到延长，同时减小了重量。说明本发明可以有效地应用于密闭空间的电子设备散热，对比传统技术路径，散热效果佳，重量更轻。
实施例2：
本实施例中设计的相变散热装置，由基体，盖板，相变材料和封装块组成。所述基体为一面开槽的壳体，相变散热装置的基体尺寸为φ120mm×20mm(高)，槽内设置有导热加强筋，将壳体内部分割为多个子区域，其中导热加强筋厚度为1.5mm，间距为15mm，高度为13mm，导热加强筋的高度低于基体外围高度。导热加强筋不但可以提高基体和盖板之间的导热性能，同时还可起增强壳体的抗膨胀与抗弯曲力学性能的作用。
所述盖板为一面带有加强筋的平板，盖板厚度为1.5mm，其上加强筋厚度为1.5mm，间距为15mm，高度为4mm，盖板上的加强筋与壳体槽内的导热加强筋位置对应。盖板上的加强筋也起到增强盖板的抗膨胀力学性能的作用。盖板加强筋上设置有各向连通孔，连通孔位置和数目保证将盖板加强筋所分割的各子区域相互连通，且孔径不超过1mm。
基体侧面设置有腰型槽开口，用于灌注相变材料。灌封口腰型槽宽度12mm，深度为3mm。封装块与腰型槽开口过盈配合。具体装置图如图6所示。
本实施例中采用的相变材料为石蜡，熔点为60℃，潜热值为175kJ/kg。
本实施例中相变散热装置的制作方法，采用以下步骤：
步骤1：采用数铣加工基体，盖板和封装块；
步骤2：采用真空钎焊工艺，将基体与盖板焊接为一体，其中基体的开槽一面为主焊接面，与盖板的焊接搭接宽度不低于2mm，基体槽内加强筋顶面为次焊接面，形成一个带腰形槽开口的封闭空腔体；焊接中需要将焊片处理成与焊接面形状一致，保证不产生多余的焊料残留；
步骤3：清洗封闭空腔体的内外表面，并烘干；
步骤4：将相变材料加热至液态，采用真空灌注方式将液态相变材料从基体的腰形槽开口处注入到封闭空腔体中，灌注液态相变材料的容积量为封闭空腔体内部体积的90％-95％之间，形成满腔体；
步骤5：清洗满腔体的侧面腰形槽开口及附近区域，确保无相变材料残留物；
步骤6：采用真空电子束焊接工艺，将步骤5处理后的满腔体与步骤1中制备的封装块焊接接合，形成相变材料封装体；
步骤7：清理相变材料封装体外表面并镀涂，得到相变散热装置成品。
Claims (1)
1.一种相变散热装置的制作方法，其特征在于：采用以下步骤：
步骤1：采用数铣加工基体，盖板和封装块；
步骤2：采用真空钎焊工艺，将基体与盖板焊接为一体，其中基体的开槽一面为主焊接面，与盖板的焊接搭接宽度不低于2mm，基体槽内加强筋顶面为次焊接面，形成一个带腰形槽开口的封闭空腔体；
步骤3：清洗封闭空腔体的内外表面，并烘干；
步骤4：将相变材料加热至液态，采用真空灌注方式将液态相变材料从基体的腰形槽开口处注入到封闭空腔体中，灌注液态相变材料的容积量为封闭空腔体内部体积的90％-95％之间，形成满腔体；
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