CN104932648B - 一种水冷式热管散热器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热管散热器技术领域，特别是涉及一种水冷式热管散热器及其制造方法，其中水冷式热管散热器，包括具有吸热部和散热部的热管、与热管的吸热部连接的基座、与热管的散热部连接的水冷板、与水冷板连接的防雷线、以及与水冷板连接的带接头软管。上述水冷式热管散热器的制造方法，包括如下步骤：步骤一，提供热管和基座；步骤二，提供水冷板；步骤三，将热管的吸热部和散热部分别焊接于基座通槽和水冷板通槽；步骤四，将带接头软管和防雷线分别连接于水冷板，即制得水冷式热管散热器。该水冷式热管散热器，具有散热效果好、结构稳定、可靠性好的优点。该制造方法具有工艺简单、加工成本低、焊接效率高、质量稳定的优点。

Description

一种水冷式热管散热器及其制造方法

技术领域

本发明涉及热管散热器技术领域，特别是涉及一种水冷式热管散热器及其制造方法。

背景技术

对于服务器内的电子设备，特别是高热流密度的电子设备，其在运行的过程中会产生大量的热量，现有技术一般是通过风冷的方式对这些电子设备进行冷却。但是，普通风冷的方式一般需要额外的功耗控制环境温度，而且风冷方式中采用的风扇均存在噪声较大的缺点。由于水相对于空气具有较大的比热容，水冷系统相对于风冷系统具有安静、散热性能好、对环境依赖小的优点。现有服务器中的水冷系统一般采用是内置式水冷方式，即冷却水在服务器内部进行循环，这种方式存在不易安装维护、容易泄露、可靠性低的缺点。

热管具有高效导热性，能够通过热管将热量带到水冷板，再经由水冷板中的冷媒介质将热量带出。然而，现有技术中的水冷式热管存在结构不够稳定，可靠性较低，安装拆卸不够方便的缺点。

现有水冷板流道加工工艺主要是采用数控机床（CNC）、深孔加工、盘管焊接、切削工艺加CNC等形式，存在工艺复杂、加工成本高的缺点；另外，现有的水冷板连接工艺主要采取钎焊工艺，部分采用熔焊，出于对焊接变形合表面装配要求，焊后表面需有一定的加工余量。如果要同时做到加工后密封性好且具备一定的耐压强度，使用传统的熔焊或是钎焊都比较困难，容易出现钎料堵塞水道或是钎料流失出现弱连接的焊接缺陷。而将热管与基座及水冷板采取挤压方式接触容易造成热管凹陷破损甚至失效，造成接触热阻增加影响散热效果。

发明内容

本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足之处而提供一种结构稳定、可靠性好，且安装拆卸方便的水冷式热管散热器。

本发明的目的之二在于针对现有技术中的不足之处而提供一种工艺简单、加工成本低、焊接效率高、质量稳定的水冷式热管散热器的制造方法。

为达到上述目的之一，本发明通过以下技术方案来实现。

提供一种水冷式热管散热器，包括具有吸热部和散热部的热管、与所述热管的吸热部连接的基座、与所述热管的散热部连接的水冷板、与所述水冷板连接的防雷线、以及与所述水冷板连接的带接头软管；

所述带接头软管包括与所述水冷板固定连接的第一软管段，以及与所述第一软管段插接的第二软管段。

所述基座开设有用于容纳所述热管的吸热部的基座通槽，所述热管的吸热部通过焊锡固定于所述基座通槽。

所述水冷板包括水冷板本体，以及与所述水冷板本体连接的上盖；

所述水冷板本体包括底座、以及设置于所述底座上的流道结构；所述底座开设有用于容纳所述热管的散热部的水冷板通槽，所述热管的散热部通过焊锡固定于所述水冷板通槽；

所述上盖的底部开设有用于容纳所述流道结构的上盖槽，所述上盖的侧部开设有用于与带接头软管连接的第一螺纹孔，以及开设有用于与防雷线连接的第二螺纹孔。

所述水冷板本体的四个角均开设有螺丝孔，所述螺丝孔螺接有带弹簧的螺丝。

所述流道结构包括排列设置的若干翅片，以及相邻所述翅片之间的流道槽。

所述第一软管段设置有公接头，所述第二软管段设置有用于与所述公接头插接的母接头。

所述热管为沟槽型热管或者为复合型热管，且所述热管的吸热部呈扁平状。

为达到上述目的之二，本发明通过以下技术方案来实现。

提供一种水冷式热管散热器的制造方法，它包括如下步骤：

步骤一，提供热管和基座：采用沟槽管制造出所述热管，采用机加工制造出所述基座；

步骤二，提供水冷板：通过铝挤成型工艺制备出具有流道结构和水冷板通槽的水冷板本体，并采用机加工对流道结构进行修正，以及采用机加工加工出水冷板本体的螺丝孔；然后采用机加工制造出所述水冷板的上盖，然后采用摩擦焊将所述水冷板本体和所述上盖相互焊接；

步骤三，将所述热管的吸热部与所述基座的基座通槽进行间隙配合，并将所述热管的散热部与所述水冷板的水冷板通槽进行间隙配合，然后分别在所述基座通槽和所述水冷板通槽内涂抹锡膏，然后通过模具将所述基座、所述热管和所述水冷板锁紧固定后，放置于温度为280℃~360℃的高温炉中3min~8min后，取出风冷至室温，卸除模具，即完成将热管的吸热部和散热部分别焊接于所述基座通槽和所述水冷板通槽；

步骤四，将所述带接头软管和所述防雷线分别连接于所述水冷板的上盖的第一螺纹孔和第二螺纹孔，即制得所述水冷式热管散热器。

上述技术方案中，所述步骤二中，所述铝挤成型工艺的铝锭温度为450℃~500℃，模具温度为420℃~500℃，盛锭筒温度为350℃~400℃，挤压速度为1 m/min~3m/min，通过挤压成型后，再进行风冷淬火工艺，淬火温度为190℃~210℃，然后通过风冷处理进行人工时效，以完成热处理强化，从而完成铝挤成型工艺。

上述技术方案中，所述步骤二中，采用摩擦焊将所述水冷板本体和所述上盖相互焊接，具体为：所述摩擦焊为搅拌摩擦焊，通过夹具固定所述水冷板本体和所述上盖，然后采用搅拌焊头对所述水冷板本体和所述上盖进行搅拌摩擦焊接；

所述搅拌焊头包括直径为9mm的搅拌肩部和直径为3mm的焊针；

所述搅拌摩擦焊的过程中，所述搅拌焊头的压力为215 N ~220N，所述搅拌焊头的焊接速度为1.22 mm/s ~1.85mm/s，所述搅拌焊头的旋转速度为1800 r/min ~2000r/min。

本发明的有益效果：

（1）本发明的一种水冷式热管散热器，具有散热效果好、结构稳定、可靠性好的优点，且防雷线和带接头软管分别与水冷板的连接或拆卸均十分方便。

（2）本发明的一种水冷式热管散热器，由于水冷板连接有防雷线，在生产的过程中，防雷线与地线连接后能够达到避雷效果。

（3）本发明的一种水冷式热管散热器，由于水冷板连接有带接头软管，该带接头软管包括与水冷板固定连接的第一软管段，以及与第一软管段插接的第二软管段，第一软管段和第二软管段分别通过公接头和母接头能够快速插接，由于第二软管段远离热管（热源），从而能够防止在插拔过程中出现微量水的泄漏情况。

（4）本发明的一种水冷式热管散热器，由于水冷板本体的四个角均开设有螺丝孔，该螺丝孔螺接有带弹簧的螺丝，在实际应用中，在固定水冷板时能够进行柔性连接处理。

（5）本发明的一种水冷式热管散热器的制造方法，由于具有流道结构和水冷板通槽的水冷板本体通过铝挤成型工艺制备，相对于现有技术对水冷板流道采用数控机床（CNC）、深孔加工、盘管焊接、切削工艺等方式，具有加工成本低，生产效率高，竞争优势大的优点。

（6）本发明的一种水冷式热管散热器的制造方法，由于水冷板本体和上盖通过摩擦焊的方式进行焊接，即使得水冷板本体和上盖的焊接接触面能够在热塑状态下（未达到熔点）实现类锻态固相连接，从而使得水冷板本体和上盖的焊缝的强度均分别与水冷板本体和上盖的强度相同，从而能够避免使用填料，并具有焊接效率高、质量稳定、一致性好的优点。

（7）本发明的一种水冷式热管散热器的制造方法，由于热管的吸热部和散热部分别与基座和水冷板通过间隙配合在采用锡焊方式连接，能够避免现有技术采用过盈配合挤压的方式而容易造成热管凹陷破损的情况，从而能够避免造成热管分别与基座和水冷板的接触热阻大的缺点。

（8）本发明的一种水冷式热管散热器的制造方法，具有工艺简单、生产成本低，且能够适用于大规模生产的特点。

附图说明

图1是本发明的一种水冷式热管散热器的结构示意图。

图2是本发明的一种水冷式热管散热器的另一视角的结构示意图。

图3是本发明的一种水冷式热管散热器的分解结构示意图。

图4是本发明的一种水冷式热管散热器的另一视角的分解结构示意图。

图5是本发明的一种水冷式热管散热器的又一视角的分解结构示意图。

图6是图5中A处的局部放大结构示意图。

图7是本发明的一种水冷式热管散热器的水冷板本体的结构示意图。

在图1至图7中包括有：

热管1、吸热部11、散热部12；

基座2、基座通槽21、基座螺纹孔22；

水冷板3；

防雷线4；

带接头软管5、第一软管段51、第二软管段52、公接头501、母接头502；

水冷板本体6、底座61、流道结构62、螺丝孔63、第一端部601、第二端部602、水冷板通槽611、翅片621、流道槽622；

上盖7、上盖槽71、第一螺纹孔72、第二螺纹孔73；

带弹簧的螺丝8。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步说明。

实施例1。

本实施例的一种水冷式热管散热器，如图1至图7所示，包括具有吸热部11和散热部12的热管1、与热管1的吸热部11连接的基座2、与热管1的散热部12连接的水冷板3、与水冷板3连接的防雷线4、以及与水冷板3连接的带接头软管5；带接头软管5包括与水冷板3固定连接的第一软管段51，以及与第一软管段51插接的第二软管段52。由于水冷板3连接有防雷线4，在生产的过程中，防雷线4与地线连接后能够达到避雷效果，从而防止潮湿雷雨天气造成的安全问题。

本实施例中，基座2的底部开设有用于容纳热管1的吸热部11的基座通槽21，热管1的吸热部11通过焊锡固定于基座通槽21。另外，基座2的顶部开设有基座螺纹孔22，在实际应用中，该基座螺纹孔22用以保证热管1与CPU贴合紧密。

本实施例中，水冷板3包括水冷板本体6，以及与水冷板本体6连接的上盖7；水冷板本体6包括底座61、以及设置于底座61上的流道结构62；底座61开设有用于容纳热管1的散热部12的水冷板通槽611，热管1的散热部12通过焊锡固定于水冷板通槽611。

本实施例中，上盖7的底部开设有用于容纳流道结构62的上盖槽71，上盖7的侧部开设有用于与带接头软管5连接的第一螺纹孔72，以及开设有用于与防雷线4连接的第二螺纹孔73。该第一螺纹孔72使得带接头软管5与水冷板3的连接或拆卸均十分方便，该第二螺纹孔73使得防雷线4与水冷板3的连接或拆卸均十分方便。

本实施例中，水冷板本体6的四个角均开设有螺丝孔63，螺丝孔63螺接有带弹簧的螺丝8。在实际应用中，该带弹簧的螺丝8在固定水冷板3时能够进行柔性连接处理。

本实施例中，流道结构62包括排列设置的若干翅片621，以及相邻翅片621之间的流道槽622；本实施例中，流道结构62包括相互平行排列设置的二十三个翅片621，其中，第八和第十六个翅片621外凸于流道结构62的第一端部601的其它翅片621，第十二个翅片621外凸于流道结构62的第二端部602的其它翅片621，第一至三个翅片621、以及第二十一至二十三个翅片621内凹于流道结构62的第二端部602的其它翅片621。

本实施例中，第一软管段51设置有公接头501，第二软管段52设置有用于与公接头501插接的母接头502。由于第一软管段51和第二软管段52分别通过公接头501和母接头502能够快速插接，由于第二软管段52远离热管1（热源），从而能够防止在插拔过程中出现微量水的泄漏情况。

本实施例中，热管1为沟槽型热管，其中，该沟槽型热管的特征参数为：直径为8mm，沟槽齿数为68，壁厚0.3mm，齿高0.25mm，单根热管的传热功率为50W。另外，热管1的吸热部11呈扁平状，以使得吸热部11的平面与基座2的底面相平，从而便于将热管1的吸热部11固定于基座通槽21。

本实施例的一种水冷式热管散热器，具有散热效果好、结构稳定、可靠性好的优点。

实施例2。

本发明的一种水冷式热管散热器的实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中，热管1为复合型热管，即其吸液芯采用小沟槽多齿的沟槽管加紫铜粉末颗粒复合制成。本实施例的其它结构及工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3。

见图1至图7。实施例1的一种水冷式热管散热器的制造方法，它包括如下步骤：

步骤一，提供热管和基座：采用沟槽管制造出热管1，采用机加工制造出基座2；

步骤二，提供水冷板：通过铝挤成型工艺制备出具有流道结构62和水冷板通槽611的水冷板本体6，并采用机加工对流道结构62进行修正，以及采用机加工加工出水冷板本体6的螺丝孔63；然后采用机加工制造出水冷板3的上盖7，然后采用摩擦焊将水冷板本体6和上盖7相互焊接；

步骤三，将热管1的吸热部11与基座2的基座通槽21进行间隙配合，并将热管1的散热部12与水冷板3的水冷板通槽611进行间隙配合，然后分别在基座通槽21和水冷板通槽611内涂抹锡膏，然后通过模具将基座2、热管1和水冷板3锁紧固定后，放置于温度为280℃~360℃的高温炉中3min~8min后，取出风冷至室温，卸除模具，即完成将热管1的吸热部11和散热部12分别焊接于基座通槽21和水冷板通槽611；

步骤四，将带接头软管5和防雷线4分别连接于水冷板3的上盖7的第一螺纹孔72和第二螺纹孔73，即制得水冷式热管散热器。

其中，步骤二的铝挤成型工艺的铝锭温度为450℃~500℃，模具温度为420℃~500℃，盛锭筒温度为350℃~400℃，挤压速度为1 m/min~3m/min，通过挤压成型后，再进行风冷淬火工艺，淬火温度为190℃~210℃，然后通过风冷处理进行人工时效，以完成热处理强化，从而完成铝挤成型工艺。

其中，步骤二中，采用摩擦焊将水冷板本体6和上盖7相互焊接，具体为：摩擦焊为搅拌摩擦焊，通过夹具固定水冷板本体6和上盖7，然后采用搅拌焊头对水冷板本体6和上盖7进行搅拌摩擦焊接；搅拌焊头包括直径为9mm的搅拌肩部和直径为3mm的焊针；搅拌摩擦焊的过程中，搅拌焊头的压力为215 N ~220N，搅拌焊头的焊接速度为1.22 mm/s ~1.85mm/s，搅拌焊头的旋转速度为1800 r/min ~2000r/min。

其中，步骤三中，将热管1的吸热部11和散热部12分别焊接于基座通槽21和水冷板通槽611，具体是采用无铅电脑热风回流焊，该无铅电脑热风回流焊具有对流传导、温度均匀、焊接质量好的优点。具体地，热管散热模组在高温炉内经历3个温度区，首先，进入预热温区时，焊膏中的溶剂、气体蒸发掉，同时，焊膏中的助焊剂润湿焊盘，焊膏软化、塌落，覆盖了焊盘，将焊盘与氧气隔离；并使热管散热模组得到充分的预热；接着进入焊接区(回流区)时，温度迅速上升使焊膏达到熔化状态，液态焊锡在热管散热模组零件之间的焊盘润湿、扩散、漫流和回流混合在焊接界面上生成金属化合物，形成焊锡接点；最后热管散热模组进入冷却区使焊点凝固。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述水冷式热管散热器包括具有吸热部和散热部的热管、与所述热管的吸热部连接的基座、与所述热管的散热部连接的水冷板、与所述水冷板连接的防雷线、以及与所述水冷板连接的带接头软管；

所述带接头软管包括与所述水冷板固定连接的第一软管段，以及与所述第一软管段插接的第二软管段；

所述水冷式热管散热器的制造方法，它包括如下步骤：

步骤一，提供热管和基座：采用沟槽管制造出所述热管，采用机加工制造出所述基座；

步骤二，提供水冷板：通过铝挤成型工艺制备出具有流道结构和水冷板通槽的水冷板本体，并采用机加工对流道结构进行修正，以及采用机加工加工出水冷板本体的螺丝孔；然后采用机加工制造出所述水冷板的上盖，然后采用摩擦焊将所述水冷板本体和所述上盖相互焊接；

步骤三，将所述热管的吸热部与所述基座的基座通槽进行间隙配合，并将所述热管的散热部与所述水冷板的水冷板通槽进行间隙配合，然后分别在所述基座通槽和所述水冷板通槽内涂抹锡膏，然后通过模具将所述基座、所述热管和所述水冷板锁紧固定后，放置于温度为280℃～360℃的高温炉中3min～8min后，取出风冷至室温，卸除模具，即完成将热管的吸热部和散热部分别焊接于所述基座通槽和所述水冷板通槽；

步骤四，将所述带接头软管和所述防雷线分别连接于所述水冷板的上盖的第一螺纹孔和第二螺纹孔，即制得所述水冷式热管散热器。

2.根据权利要求1所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述基座开设有用于容纳所述热管的吸热部的基座通槽，所述热管的吸热部通过焊锡固定于所述基座通槽。

3.根据权利要求1所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述水冷板包括水冷板本体，以及与所述水冷板本体连接的上盖；

所述水冷板本体包括底座、以及设置于所述底座上的流道结构；所述底座开设有用于容纳所述热管的散热部的水冷板通槽，所述热管的散热部通过焊锡固定于所述水冷板通槽；

所述上盖的底部开设有用于容纳所述流道结构的上盖槽，所述上盖的侧部开设有用于与带接头软管连接的第一螺纹孔，以及开设有用于与防雷线连接的第二螺纹孔。

4.根据权利要求3所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述水冷板本体的四个角均开设有螺丝孔，所述螺丝孔螺接有带弹簧的螺丝。

5.根据权利要求3所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述流道结构包括排列设置的若干翅片，以及相邻所述翅片之间的流道槽。

6.根据权利要求1所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述第一软管段设置有公接头，所述第二软管段设置有用于与所述公接头插接的母接头。

7.根据权利要求1所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述热管为沟槽型热管或者为复合型热管，且所述热管的吸热部呈扁平状。

8.根据权利要求1所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，所述铝挤成型工艺的铝锭温度为450℃～500℃，模具温度为420℃～500℃，盛锭筒温度为350℃～400℃，挤压速度为1m/min～3m/min，通过挤压成型后，再进行风冷淬火工艺，淬火温度为190℃～210℃，然后通过风冷处理进行人工时效，以完成热处理强化，从而完成铝挤成型工艺。

9.根据权利要求1所述的一种水冷式热管散热器的制造方法，其特征在于：所述步骤二中，采用摩擦焊将所述水冷板本体和所述上盖相互焊接，具体为：所述摩擦焊为搅拌摩擦焊，通过夹具固定所述水冷板本体和所述上盖，然后采用搅拌焊头对所述水冷板本体和所述上盖进行搅拌摩擦焊接；

所述搅拌焊头包括直径为9mm的搅拌肩部和直径为3mm的焊针；

所述搅拌摩擦焊的过程中，所述搅拌焊头的压力为215N～220N，所述搅拌焊头的焊接速度为1.22mm/s～1.85mm/s，所述搅拌焊头的旋转速度为1800r/min～2000r/min。