CN104567501A - 一种多支路分布热管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多支路分布热管，包括多通道管接头、一端密封的第一管壳、第二管壳和第三管壳，多通道管接头设置有用于连接各管壳的接口，多通道管接头内设有连通各个接口的密封空腔，各管壳的另一端分别插接于多通道管接头各接口内形成相互连通的T形结构，各管壳内壁均设置有分层多孔毛细层，多通道管接头的密封内腔中填充设置有使各个管壳保持连通的毛细层连接头。本发明还提供了一种多支路分布热管的制造方法。本发明具有空间分级多孔毛细层和烧结式热管较高的毛细力、传热性的特点，可明显改善径向热阻，同时节省了散热所需的空间，可以为电子设备微型化发展提供一个灵活、可靠、稳定的散热环境，成本低廉，也适于产业化生产。

Description

一种多支路分布热管及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子领域散热构件，具体是一种多支路分布热管及其制造方法。

背景技术

现代科技的发展，离不开各种类型的电子设备的支持，这些电子设备在航天航空、军工设备、商业设备等领域都有着飞快的发展。新世纪以来，电子设备逐渐向着微型化、集成化和大功率化的方向发展，但由于电子设备集成度的提高，同时实现封装管壳的小型化，导致其功率密度不断地增大，所产生的热量也越难以快速传递出去，使用寿命、可靠性、稳定性不断地降低，这与其发展的方向有着强烈地矛盾。为此，电子设备不断对散热设计提出更严格的要求，需要有适应其微型化与大功率化发展的热设计方案。

而热管是是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，是一种高热流密度导热的理想元件。热管的工作原理是：在加热热管的蒸发端，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝端，凝结成液体，同时释放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。就这样不断形成一个个闭合的循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。但传统热管的结构简单、冷源和热源的安装位置也比较单一性，很难适应电子设备的微型化发展的安装灵活性与散热要求，阻碍其在工程上的广泛应用。

由此可见，为了适应电子元器件的未来发展，急需开发一种更为节约空间、具有良好等温性、优良的传热性能的热管结构设计来改善传统热管散热的缺点，从而能削弱热因素和空间因素对电子元器件的稳定性和可靠性的影响。

发明内容

本发明的首要目的在于针对传统热管的结构单一、散热能力不足现象，提出了一种较高毛细压力的、能节省大量空间的、高传热性能的多支路分布热管及其制造方法，解决了现有热管散热能力不足和散热空间占有过大的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明一方面提供一种多支路分布热管，包括多通道管接头、一端密封的第一管壳、第二管壳和第三管壳，所述多通道管接头设置有用于连接各管壳的接口，所述多通道管接头内设有连通各个接口的密封空腔，所述第一管壳、第二管壳、第三管壳的另一端分别插接于多通道管接头各接口内形成相互连通的T形结构，所述第一管壳、第二管壳、第三管壳内壁均设置有分层多孔毛细层，所述多通道管接头的密封内腔中填充设置有使各个管壳保持连通的毛细层连接头，所述第一管壳、第二管壳、第三管壳的内孔及通道管接头的密封空腔内填充有液体工质。

进一步地，所述多通道管接头内的密封空腔为球形或立方形，使得毛细层连接头的外形呈球形或立方形，以便提供足够的毛细力以保证冷凝回流工质在各个支路的平衡状态。

进一步地，所述液体工质为去离子蒸馏水或乙醇。

进一步地，所述第二管壳的工质流道的横截面面积是第一管壳和第三管壳的工质流道的横截面面积之和，便于第一管壳和第三管壳内的工质汇集后向第二管壳顺利流动。

进一步地，各管壳的材料是紫铜、铝或不锈钢。

本发明另一方面提供一种多支路分布热管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）使用焊接工艺将第一管壳、第二管壳和第三管壳与多通道管壳接头3焊接固定，然后在第三管壳的一端装配固定好对烧结芯棒有对心固定作用的石墨套；

（2）准备第一烧结芯棒和第二烧结芯棒，所述第一烧结芯棒的横截面面积是第二烧结芯棒横截面面积的一半，且第一烧结芯棒和第二烧结芯棒直径均小于各管壳的内径，所述第二烧结芯棒插入第二管壳的一端设置有直径与第一烧结芯棒直径相同的通孔，然后对各管壳与两根烧结芯棒整体除锈去油处理；接着先将第二烧结芯棒插入第二管壳内，然后将第一烧结芯棒依次穿入第一管壳、第二烧结芯棒的通孔、第三管壳内并直达石墨套上，使的第一烧结芯棒位于第一管壳和第三管壳内的中心处，此时第一烧结芯棒和第二烧结芯棒之间呈90度相交，各管壳与各烧结芯棒之间留有的空隙为1-4mm；

（3）将目数为75-100范围大小的金属粉末按照计算量填入第三管壳与第一烧结芯棒之间的空隙内；再将目数为50-75的金属粉末按照计算量填入到多通道管接头内的密封空腔中，接着将目数为75-100的金属粉末布满填入第一管壳与第一烧结芯棒之间的空隙内；这时再用设置在第一管壳一端的另一个石墨套对第一烧结芯棒另一端进行对心固定，最后将布满金属粉末的第一管壳和第三管壳端头堵住，接着翻转90度，向第二管壳和第二烧结芯棒的间隙内填入目数为100-125的金属粉末；

（4）将插有烧结芯棒、布满金属粉末的多通道管壳放入850-950摄氏度高温烧结炉中烧结2-3h，烧结后的金属粉末附着在各管壳的内壁，形成分层多孔毛细层，而附着在多通道管接头内密封空腔中的金属粉末烧结后则形成球形或立方形毛细层连接头，形成毛细汇集区；

（5）烧结完成后随炉冷却到室温后取出多支路管壳，抽取出各烧结芯棒，然后对第一管壳和第二管壳两端进行封闭，最后在第三管壳端头处进行抽真空、灌注液体工质、密封，得到多支路分布热管。

进一步地，所述的金属粉末为铜、铝金属粉末等。

进一步地，所述的第一烧结芯棒及第二烧结芯棒的材料为不锈钢、镍基合金。

进一步地，所述高温烧结炉是指具有可填充保护性气体的炉腔的烧结设备。

进一步地，所述的保护性气体为氮气、氢气。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

（1）与传统的热管不同，本发明提出制造了一种具有空间结构的热管，适用于多热源共用一个冷源散热、多冷源公用一个热源等多种情况，在节约散热所需的空间的同时又能保证烧结式热管较高毛细力、传热能力强的优点，可以满足电子设备微型化发展的散热需求。

（2）本发明的多支路分布热管解决了现有的回路热管和均热板技术直接应用在大功率电子设备散热上遇到的制造成本高、加工不方便、散热设计不能满足造型需求、毛细结构过于复杂难以制造等缺点，本发明制造过程简单，能大批量生产，适合推广和普及应用。

（3）本发明所设计多支路分布热管相对于回路热管及均热板有小型化、廉价化和灵活性好等诸多优点，对电子设备或大功率电子芯片的安装位置要求更为灵活，适用于大多数电子设备模组系统的性能稳定要求和冷却应用要求，可促进大功率芯片产品（例如大功率LED芯片等）的市场化发展。

附图说明

图1为本发明的实施例一的一种多支路分布热管剖视示意图。

图2为图1中A-A处剖视示意图。

图3为图1中B-B处剖视示意图。

图4是实施例二中第三管壳与第一烧结芯棒之间的空隙内填充金属粉末后的结构示意图。

图5是实施例二中将金属粉末填入到多通道管接头内的密封空腔中后的结构示意图。

图6是实施例二中第一管壳与第一烧结芯棒之间的空隙内填充金属粉末后的结构示意图。

图7是实施例二中第二管壳与第二烧结芯棒之间的空隙内填充金属粉末后的结构示意图。

图8是实施例二中第一烧结芯棒7和第二烧结芯棒8装配前后的位置关系示意图。

图中：1-第一管壳； 2-毛细层连接头 ；3-多通道管壳接头；4-第二管壳；； 5-第三管壳； 6-分层多孔毛细层；7-第一烧结芯棒；8-第二烧结芯棒；9石墨套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

实施例一

如图1所示，一种多支路分布热管，包括多通道管接头3、一端密封的第一管壳1、第二管壳4和第三管壳5，所述多通道管接头3设置有用于连接各管壳的接口，所述多通道管接头3内设有连通各个接口的密封空腔，所述第一管壳1、第二管壳4、第三管壳5的另一端分别插接于多通道管接头3各接口内形成相互连通的T形结构，所述第一管壳1、第二管壳4、第三管壳5内壁均设置有分层多孔毛细层6(见图2、图3)，所述多通道管接头3的密封内腔中填充设置有使各个管壳保持连通的毛细层连接头2，所述第一管壳1、第二管壳4、第三管壳5的内孔及通道管接头3的密封空腔内填充有液体工质，所述液体工质为去离子蒸馏水或乙醇。

进一步地，所述多通道管接头3内的密封空腔为球形或立方形。

同时，所述第二管壳4的工质流道的横截面面积是第一管壳1和第三管壳5的工质流道的横截面面积之和。

各管壳的材料是紫铜、铝或不锈钢，本实施例采用紫铜。

实施例二

一种多支路分布热管的制造方法，包括以下步骤：

（1）使用焊接工艺将第一管壳1、第二管壳4和第三管壳5与多通道管壳接头3焊接固定，然后在第三管壳5的一端装配固定好对烧结芯棒有对心固定作用的石墨套9；

（2）准备第一烧结芯棒7和第二烧结芯棒8，所述第一烧结芯棒7的横截面面积是第二烧结芯棒8横截面面积的一半，且第一烧结芯棒7和第二烧结芯棒8直径均小于各管壳的内径，所述第二烧结芯棒8插入第二管壳4的一端设置有直径与第一烧结芯棒7直径相同的通孔，然后对各管壳与两根烧结芯棒整体除锈去油处理；接着先将第二烧结芯棒8插入第二管壳4内，然后将第一烧结芯棒7依次穿入第一管壳1、第二烧结芯棒8的通孔、第三管壳5内并直达石墨套9上，使的第一烧结芯棒7位于第一管壳1和第三管壳5内的中心处，此时第一烧结芯棒7和第二烧结芯棒8之间呈90度相交，各管壳与各烧结芯棒之间留有的空隙为1-4mm，第一烧结芯棒7和第二烧结芯棒8装配前后的位置关系如图8所示；

（3）将目数为75-100范围大小的金属粉末按照计算量填入第三管壳5与第一烧结芯棒7之间的空隙内（见图4）；再将目数为50-75的金属粉末按照计算量填入到多通道管接头3内的密封空腔中(见图5)，接着将目数为75-100的金属粉末布满填入第一管壳1与第一烧结芯棒7之间的空隙内(见图6)；这时再用设置在第一管壳1一端的另一个石墨套9对第一烧结芯棒7另一端进行对心固定，最后将布满金属粉末的第一管壳1和第三管壳5端头堵住，接着翻转90度，向第二管壳4和第二烧结芯棒8的间隙内填入目数为100-125的金属粉末(见图7)，根据支路所安装冷热源性质的不同，可采用不同目数的金属粉末分级填充，所述的金属粉末为铜、铝金属粉末等。

（4）将插有烧结芯棒、布满金属粉末的多通道管壳放入850-950摄氏度高温烧结炉中烧结2-3h，烧结后的金属粉末附着在各管壳的内壁，形成分层多孔毛细层4，而附着在多通道管接头3的密封空腔中的金属粉末烧结后则形成球形或立方形毛细层连接头2，从而与分层多孔毛细层4形成毛细汇集区；

（5）烧结完成后随炉冷却到室温后取出多支路管壳，抽取出各烧结芯棒，然后对第一管壳1和第三管壳5两端进行封闭，最后在第二管壳4端头处进行抽真空、灌注液体工质、密封，得到多支路分布热管。

本实施例中，所述的第一烧结芯棒7及第二烧结芯棒8的材料为不锈钢或镍基合金等。

所述高温烧结炉是指具有可填充保护性气体的炉腔的烧结设备，所述的保护性气体为氮气、氢气等。

当然，作为变形，本实施例的毛细汇集区的形状不止是T型，也可以是Y型，此时第一烧结芯棒7为两段式结构，其余制造过程相同，此处不再赘述。

如上所述，便可以较好地实现本发明的制造过程。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多支路分布热管，其特征在于，包括多通道管接头(3)、一端密封的第一管壳(1)、第二管壳(4)和第三管壳(5)，所述多通道管接头(3)设置有用于连接各管壳的接口，所述多通道管接头(3)内设有连通各个接口的密封空腔，所述第一管壳(1)、第二管壳(4)、第三管壳(5)的另一端分别插接于多通道管接头(3)各接口内形成相互连通的T形结构，所述第一管壳(1)、第二管壳(4)、第三管壳(5)内壁均设置有分层多孔毛细层(6)，所述多通道管接头(3)的密封内腔中填充设置有使各个管壳保持连通的毛细层连接头(2)，所述第一管壳(1)、第二管壳(4)、第三管壳(5)的内孔及通道管接头(3)的密封空腔内填充有液体工质。

2.根据权利要求1所述的多支路分布热管，其特征在于：所述多通道管接头(3)内的密封空腔为球形或立方形。

3.根据权利要求1所述的多支路分布热管，其特征在于：所述液体工质为去离子蒸馏水或乙醇。

4.根据权利要求1所述的多支路分布热管，其特征在于：所述第二管壳(4)的工质流道的横截面面积是第一管壳(1)和第三管壳(5)的工质流道的横截面面积之和。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于：各管壳的材料是紫铜、铝或不锈钢。

6.一种如权利要求1至5任一项所述的多支路分布热管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）使用焊接工艺将第一管壳(1)、第二管壳(4)和第三管壳(5)与多通道管壳接头(3)焊接固定，然后在第三管壳(5)的一端装配固定好对烧结芯棒有对心固定作用的石墨套(9)；

（2）准备第一烧结芯棒(7)和第二烧结芯棒(8)，所述第一烧结芯棒(7)的横截面面积是第二烧结芯棒(8)横截面面积的一半，且第一烧结芯棒(7)和第二烧结芯棒(8)直径均小于各管壳的内径，所述第二烧结芯棒(8)插入第二管壳(4)的一端设置有直径与第一烧结芯棒(7)直径相同的通孔，然后对各管壳与两根烧结芯棒整体除锈去油处理；接着先将第二烧结芯棒(8)插入第二管壳(4)内，然后将第一烧结芯棒(7)依次穿入第一管壳(1)、第二烧结芯棒(8)的通孔、第三管壳(5)内并直达石墨套(9)上，使的第一烧结芯棒(7)位于第一管壳(1)和第三管壳(5)内的中心处，此时第一烧结芯棒(7)和第二烧结芯棒(8)之间呈90度相交，各管壳与各烧结芯棒之间留有的空隙为1-4mm；

（3）将目数为75-100范围大小的金属粉末按照计算量填入第三管壳(5)与第一烧结芯棒(7)之间的空隙内；再将目数为50-75的金属粉末按照计算量填入到多通道管接头(3)内的密封空腔中，接着将目数为75-100的金属粉末布满填入第一管壳(1)与第一烧结芯棒(7)之间的空隙内；这时再用设置在第一管壳(1)一端的另一个石墨套(9)对第一烧结芯棒(7)另一端进行对心固定，最后将布满金属粉末的第一管壳(1)和第三管壳(5)端头堵住，接着翻转90度，向第二管壳(4)和第二烧结芯棒(8的间隙内填入目数为100-125的金属粉末；

（4）将插有烧结芯棒、布满金属粉末的多通道管壳放入850-950摄氏度高温烧结炉中烧结2-3h，烧结后的金属粉末附着在各管壳的内壁，形成分层多孔毛细层(4)，而附着在多通道管接头(3)的密封空腔中的金属粉末烧结后则形成球形或立方形毛细层连接头(2)，形成毛细汇集区；

（5）烧结完成后随炉冷却到室温后取出多支路管壳，抽取出各烧结芯棒，然后对第一管壳(1)和第三管壳(5)两端进行封闭，最后在第二管壳(4)端头处进行抽真空、灌注液体工质、密封，得到多支路分布热管。

7.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述的金属粉末为铜、铝金属粉末等。

8.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述的第一烧结芯棒(7)及第二烧结芯棒(8)的材料为不锈钢、镍基合金。

9.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述高温烧结炉是指具有可填充保护性气体的炉腔的烧结设备。

10.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于：所述的保护性气体为氮气、氢气。