CN106524092B - 一种电子设备与器件的散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子设备与器件的散热装置，包括均温板、超疏水冷凝管和散热翅片，均温板的上盖板与下底板间形成蒸发腔，下底板用于与电子设备与器件连接，蒸发腔的内表面设置有毛细芯，上盖板开设有盖板通孔，超疏水冷凝管嵌插于散热翅片内且一端为封闭端，另一端为开口端并与盖板通孔密封连接。应用本发明提供的散热装置，通过均温板与超疏水冷凝管耦合散热，大大提高了整个装置的散热能力。内设有毛细芯的均温板可以保证电子设备与器件内部温度分布均匀，避免由于内部温差过大产生的热应力对电子设备与器件产生破坏。通过超疏水冷凝管的设置，不仅扩大了整个装置的散热面积，还可以提高整个散热翅片的表面温度，从而进一步提高散热效率。

Description

一种电子设备与器件的散热装置

技术领域

本发明涉及电子设备与器件散热技术领域，更具体地说，涉及一种电子设备与器件的散热装置。

背景技术

随着电子技术迅速发展，电子元件的高频、高速及集成电路的密集及微型化，使得单位容积电子设备与器件发热量剧增，局部热流密度急剧增长，因此对散热装置的散热效率提出了更高要求。以LED为例，其70～80％的电能以热能的形式转换为热量。因此如果热量不能及时散发，将对电子设备及元器件的稳定性、可靠性及使用寿命产生重大影响。

对小功率LED等电子设备及器件，常用的散热装置为普通型材散热器。然而，由于传统的型材散热器单纯依靠自然对流换热，效率较低。对于大功率LED等电子设备及元器件，例如产生热量可达140-160W的200W的LED集成灯珠，传统散热装置并不能够满足其散热需求。因此，散热问题成为制约电子设备行业快速发展的主要瓶颈之一。

综上所述，如何有效地解决型材散热器散热效率低、难以满足大功率电子设备与器件散热需求等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电子设备与器件的散热装置，该散热装置的结构设计可以有效地解决型材散热器难以满足大功率、高热流密度电子设备及器件散热需求的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电子设备与器件的散热装置，包括均温板、超疏水冷凝管和散热翅片，所述均温板的上盖板与下底板间形成蒸发腔，所述下底板用于与电子设备与器件连接，所述蒸发腔的内表面设置有毛细芯，所述上盖板开设有盖板通孔，所述超疏水冷凝管嵌插于所述散热翅片内，且所述超疏水冷凝管的一端为封闭端，另一端为开口端并与所述盖板通孔密封连接。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述上盖板的内表面为疏水特性表面或者超疏水特性表面。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述上盖板中部的盖板通孔的分布密度大于所述上盖板外部的盖板通孔的分布密度。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，还包括端板，所述端板上开设有端板通孔，所述超疏水冷凝管的封闭端的末端插接于所述端板通孔中，所述端板上开设有用于空气流动的散热通孔。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述散热翅片包括内部散热翅片和套设于所述内部散热翅片外的外部散热翅片。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述内部散热翅片和所述外部散热翅片的末端呈弧形。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述散热翅片上开设有翅片孔，且所述散热翅片的表面镀有水性纳米涂料层，所述散热翅片的底端与所述上盖板的顶面接触。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述毛细芯为多尺度毛细芯。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，至少部分所述毛细芯的顶端与所述上盖板相抵。

优选地，上述电子设备与器件的散热装置中，所述毛细芯为通过添加造孔剂制备而成的多尺度毛细芯，或者为烧结于所述蒸发腔内表面的毛细芯经热氧化或者双氧水氧化制备而成的多尺度超亲水毛细芯。

本发明提供的电子设备与器件的散热装置包括均温板、超疏水冷凝管和散热翅片。其中，均温板的上盖板与下底板之间形成蒸发腔，下底板用于与电子设备与器件连接，蒸发腔的内表面设置有毛细芯，上盖板开设有盖板通孔，超疏水冷凝管嵌插于散热翅片内，且超疏水冷凝管的一端为开口端，另一端为封闭端，开口端与盖板通孔密封连接。

应用本发明提供的电子设备与器件的散热装置，大功率、高热流密度电子设备与器件工作时产生的热量首先通过均温板蒸发腔下底板进入毛细芯，毛细芯内部的工质吸收热量不断蒸发形成蒸汽，一部分蒸汽直接在均温板的上盖板冷凝，并被毛细芯直接吸收再次进入到蒸发端，另一部分蒸汽进入到超疏水冷凝管内部，并发生珠状冷凝形成液体，液体在自身重力的作用下流入到均温板的蒸发端，再次吸热蒸发如此不断循环工作。蒸汽在超疏水冷凝管内冷凝并将热量释放给散热翅片，散热翅片最终将热量散失到周围环境，实现被动式散热。通过均温板与超疏水冷凝管耦合散热，大大提高了整个装置的散热能力。内设有毛细芯的均温板可以保证电子设备与器件内部温度分布均匀，避免由于内部温差过大产生的热应力对电子设备与器件产生破坏。通过超疏水冷凝管的设置，不仅扩大了整个装置的散热面积，还可以提高整个散热翅片的表面温度，从而进一步提高散热效率。

在一种选优的实施方式中，毛细芯为多尺度毛细芯，且至少部分毛细芯的顶端与上盖板相抵。均温板蒸发端内表面设置多尺度毛细芯，不仅可以有效解决蒸汽溢出与液体吸入之间的矛盾问题，而且由于毛细芯直接与均温板的上盖板接触，因此可以迅速吸收蒸汽在上盖板冷凝生成的液体，缩小液体回流路径和时间，进而保证蒸发端有足够的液体补充，使传热不断地进行下去。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的电子设备与器件的散热装置一种具体实施方式的爆炸结构示意图；

图2为图1中均温板蒸发腔的放大示意图；

图3为图1中均温板上盖板的放大示意图；

图4为图1中内部超疏水冷凝管及散热翅片的放大示意图；

图5为图1中外部超疏水冷凝管及散热翅片的放大示意图；

图6为图5中单个散热翅片的放大示意图；

图7为图1中端板的放大示意图；

图8为图1的组装结构示意图。

附图中标记如下：

蒸发腔1，上盖板2，内部散热翅片3，内部超疏水冷凝管4，外部散热翅片5，外部超疏水冷凝管6，端板7，多尺度毛细芯1-1，外部超疏水冷凝管通孔2-1，内部超疏水冷凝管通孔2-2，导流管2-3，翅片孔3-1，第一散热翅片5-1，第二散热翅片5-2，第三散热翅片5-3，空气流动通孔5-4，超疏水冷凝管插入通道5-5，内部超疏水冷凝管末端固定孔7-1，散热通孔7-2，外部超疏水冷凝管末端固定孔7-3。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种电子设备与器件的散热装置，以提高散热器的散热效率，满足大功率、高热流密度电子设备与器件散热需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图8，图1为本发明提供的电子设备与器件的散热装置一种具体实施方式的爆炸结构示意图；图2为图1中均温板蒸发腔的放大示意图；图3为图1中均温板上盖板的放大示意图；图4为图1中内部超疏水冷凝管及散热翅片的放大示意图；图5为图1中外部超疏水冷凝管及散热翅片的放大示意图；图6为图5中单个散热翅片的放大示意图；图7为图1中端板的放大示意图；图8为图1的组装结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供的电子设备与器件的散热装置包括均温板、超疏水冷凝管和散热翅片。

其中，均温板的上盖板2与下底板之间形成蒸发腔，下底板用于与电子设备与器件连接，如LED芯片贴在均温板蒸发腔1的下底板上，为了减小接触热阻，可在均温板蒸发腔1的下底板涂一层均匀的导热硅脂。蒸发腔内填充有工质，上盖板2、下底板与均温板的侧壁间应为密封连接。具体的上盖板2与均温板蒸发腔1之间可以采用焊锡或者氩弧焊的方式进行密封。蒸发腔1的内表面设置有毛细芯，具体的毛细芯可以烧结在蒸发腔1的内表面上。上盖板2开设有盖板通孔。

超疏水冷凝管嵌插于散热翅片内，且超疏水冷凝管的一端为开口端，另一端为封闭端，开口端与盖板通孔密封连接。具体的，超疏水冷凝管与上盖板2的盖板通孔之间的缝隙可以采用焊锡或者氩弧焊的方式密封。也就是超疏水冷凝管的一端开口，另一端封闭，开口一端与盖板通孔密封连接，即超疏水冷凝管与蒸发腔是连通的，进而蒸发腔1内的蒸汽能够进入到超疏水冷凝管内。超疏水冷凝管嵌插于散热翅片内，其至少开口端与封闭端之间的部分位于散热翅片内，根据需要散热翅片也可以包覆于盖板通孔以外的整体超疏水冷凝管外。需要说明的是，此处的嵌插既包括通过在散热翅片上设置超疏水冷凝管插入通道5-5，将超疏水冷凝管插入，也可以通过在散热翅片内部预置超疏水冷凝管，通过一体成型的一体式结构。具体超疏水冷凝管的个数可以根据需要进行设置，可以设置一个，优选的设置为多个，以增大散热效率。

应用本发明提供的电子设备与器件的散热装置，大功率LED等电子设备与器件工作时产生的热量首先通过均温板蒸发腔1下底板进入毛细芯，毛细芯内部的工质吸收热量不断蒸发形成蒸汽，一部分蒸汽直接在均温板的上盖板2冷凝，并被毛细芯直接吸收再次进入到蒸发端，另一部分蒸汽进入到超疏水冷凝管内部，并发生珠状冷凝形成液体，液体在自身重力的作用下流入到均温板的蒸发端，再次吸热蒸发如此不断循环工作。蒸汽在超疏水冷凝管内冷凝并将热量释放给散热翅片，散热翅片最终将热量散失到周围环境，实现被动式散热。通过均温板与超疏水冷凝管耦合散热，大大提高了整个装置的散热能力。内设有毛细芯的均温板可以保证LED芯片等电子设备与器件内部温度分布均匀，避免由于芯片内部温差过大产生的热应力对芯片产生破坏。通过超疏水冷凝管的设置，不仅扩大了整个装置的散热面积，还可以提高整个散热翅片的表面温度，从而进一步提高散热效率。上述散热装置不仅可以应用于大功率LED散热，还可以广泛的应用于PC(CPU、GPU)及其他电子设备与器件的散热。综上，本发明提供的电子设备与器件的散热装置结构简单、体积小、重量轻、无需消耗额外能源，能满足大功率、高热流密度电子设备与器件的散热要求。

同时，该散热装置还可以和低压交流或直流风扇组装在一起，把大功率、高热流密度电子设备与器件如LED产生的热量散发到环境中。

进一步地，上盖板2中部的盖板通孔的分布密度大于上盖板2外部的盖板通孔的分布密度。由于电子设备与器件如LED芯片一般安装在在均温板蒸发腔1下底板中间位置，因此在上盖板2中间部分布置的超疏水冷凝管4，即内部超疏水冷凝管4，设置较密集，在上盖板2周围也布置一圈超疏水冷凝管，即外部超疏水冷凝管6，且布置较稀疏，通过合理布置超疏水冷凝管之间的距离，可以有效利用整个装置的散热空间，使整个散热装置结构紧凑，占用空间更少。

进一步地，散热翅片包括内部散热翅片3和套设于内部散热翅片3外的外部散热翅片5。对于内部散热翅片3及外部散热翅片5的结构可以不作具体限定，具体的其均可以为单个的散热翅片单体，可以为包括多个散热翅片单体的散热翅片模组。在散热翅片包括内部散热翅片3和外部散热翅片5时，则相应的超疏水冷凝管包括设置有嵌插于内部散热翅片3内的内部超疏水冷凝管4和嵌插于外部散热翅片5内的外部超疏水冷凝管6。盖板通孔相应的包括外部超疏水冷凝管通孔2-1和内部超疏水冷凝管通孔2-2。具体外部超疏水冷凝管通孔2-1可以沿上盖板2的周向均匀分布，内部超疏水冷凝管通孔2-2也沿上盖板2的周向均匀分布。超疏水冷凝管与盖板通孔可以焊接固定，也可以通过螺纹连接等其他可拆卸的固定连接方式密封固定连接。根据需要，可以在上盖板2上通过焊接或其他固定方式连接用于抽真空和注液的导流管2-3。

更进一步地，内部散热翅片3与外部散热翅片5的形状可以不同。具体的，内部散热翅片3可以为包括多个圆形截面翅片的翅片模组，每个圆形截面翅片之间按一定间隔布置，在每个圆形截面翅片表面预留有一系列翅片孔3-1，用于空气流动，以提高散热能力。圆形截面翅片可以是单个独立的形式嵌插在超疏水冷凝管外，优选的将多个圆形截面翅片通过一次性预制为圆形散热翅片模组，一次性安装在超疏水冷凝管4上。为提高散热翅片的辐射换热量，可在散热翅片表面镀一层涂料。

对于外部散热翅片5，可以在外部超疏水冷凝管6外设置组合式散热翅片，每个组合式散热翅片包括至少三个小的散热翅片单体，即第一散热翅片5-1，第二散热翅片5-2，第三散热翅片5-3，三者的首端均连接于超疏水冷凝管插入通道5-5。优选地，第一散热翅片5-1，第二散热翅片5-2，第三散热翅片5-3的末端截面积大于翅片中部的截面积，以提高辐射换热面积。散热翅片表面可以镀有水性纳米涂料层，以提高翅片表面辐射率。外部散热翅片5上也可以开设用于空气流动的空气流动孔5-4，具体翅片孔3-1和空气流动孔5-4可以均为圆形通孔。散热翅片单体可以是单个独立的形式嵌套在外部超疏水冷凝管6上，也可以通过一次性预制组合式散热翅片，一次性嵌插在外部超疏水冷凝管6上。根据需要，也可以直接将外部超疏水冷凝管6预制在外部散热翅片5内部。

内部散热翅片3和外部散热翅片5分别采用上述结构，很好的利用了空间，内外散热翅片配合，有效对内部超疏水冷凝管4和外部超疏水冷凝管6进行散热。具体的，内部散热翅片3和外部散热翅片5也可以为矩形截面散热翅片、三角形截面散热翅片、圆形截面散热翅片，螺纹状散热翅片或者太阳花状散热翅片等，二者的形状可以相同也可以不同。同时，为了增大散热面积，内部散热翅片3和外部散热翅片5的末端可以呈弧形。散热翅片的制作材料应满足导热系数大、耐腐蚀的特点，可以是铜、铝、塑包铝及其合金，也可以是陶瓷材料，其他适合于制作散热翅片的材料也包含在内。

进一步地，散热翅片6的底端与上盖板2的顶面接触。也就是散热翅片6底端与上盖板2的上表面接触，因此可以最大限度的增加热量的传递量。当然，为满足安装需要等特殊情况下，也可以将散热翅片6的底端距离上盖板2预设间隙。

在上述各实施例中，还可以包括端板7，端板7上开设有端板通孔，超疏水冷凝管的封闭端的末端插接于端板通孔中。也就是超疏水冷凝管的开口端与上盖板2连接，封闭端的末端与端板7连接，从而便于超疏水冷凝管的固定安装，散热装置整体结构紧凑可靠。在超疏水冷凝管包括内部超疏水冷凝管4和外部超疏水冷凝管6时，则端板通孔相应的包括内部超疏水冷凝管末端固定孔7-1和外部超疏水冷凝管末端固定孔7-3。具体二者的个数及位置应与上盖板2上的外部超疏水冷凝管通孔2-1和内部超疏水冷凝管通孔2-2的位置及超疏水冷凝管的结构对应设置。

进一步地，端板7上开设有用于加强空气流动的散热通孔7-2，从而提高散热器的散热效率。具体的，端板7可以对应内部散热翅片3设置，其周围可以预制有与外部散热翅片5配合的通孔，用于将外部散热翅片5与端板7进行配合固定安装。均温板的具体形状、尺寸视实际情况进行设计。

上述各实施例中，均温板的蒸发腔1具体可以通过预制的方式制造获得，蒸发腔1内部可以预制有若干支柱，用于安装、固定电子设备与器件如LED芯片(在蒸发腔下底板端对应位置开螺纹孔)。均温板其制作材料应满足导热系数大、抗拉伸、耐腐蚀的特点，可以是铜、不锈钢及其合金，其他适合于制作均温板的材料也包含在内。均温板的形状可以是圆形、方形、椭圆形等，其他合适的形状也包含在内。具体均温板的尺寸大小可根据具体需要进行设计，此处不做具体限定。均温板的液体工质可以是水、乙醇、丙酮、有机工质及其混合物，其他适合于均温板的工作流体也包括在内。

上述各实施例中，超疏水冷凝管的制作材料可以是铜、不锈钢及其合金，其直径、长度、个数可根据具体需要进行设计。超疏水冷凝管的制备方法可采用化学浸泡法、化学电化学腐蚀法等，本发明提供的超疏水冷凝管是指将冷凝管内部处理成超疏水特性的表面，如此可以使蒸汽在冷凝管内部发生珠状冷凝，从而减薄液膜厚度，强化换热。

超疏水冷凝管的制备方式之一如下：首先对空心金属紫铜管进行去油、抛光处理，再用去离子水对其进行冲洗，接着在室温条件下将空心金属紫铜管浸泡在由浓度为100g/L的氯化铁与80g/L的氯化氢组成的混合液中，并用超声波振荡仪振荡，一段时间后取出空心金属紫铜管，再次用去离子水对其进行冲洗，并用氮气吹干；接着在5℃条件下将空心金属紫铜管放入浓度为0.03mol/L的稀氨水溶液中浸泡96h，完成浸泡之后，用去离子水进行冲洗，并在烘箱内用180℃烘烤2h；最后在室温条件下将空心金属紫铜管浸泡在质量分数为0.5％的1H,1H,2H,2H-全氟癸基三乙氧基甲硅烷己烷溶液中1h，再在烘箱内用110℃烘烤1h即可得到超疏水冷凝管。

在上述各实施例的基础上，毛细芯可以为多尺度毛细芯1-1。具体的，多尺度毛细芯1-1可以烧结在均温板的蒸发腔1内表面。毛细芯主要采用烧结的方式加工制备，毛细芯的具体参数可通过设计烧结模具进行控制。为了制备多尺度毛细芯1-1，在烧结过程中可以在金属粉末中加入造孔剂如碳酸钠，碳酸钠在高温过程中会完全分解，因此会留下不同尺度的孔隙，以满足蒸汽溢出与液体吸入之间的矛盾问题。为了提高毛细芯的吸液能力，可对毛细芯进行热氧化或者双氧水氧化处理，从而制备出具有超亲水特性的毛细芯。

进一步地，至少部分毛细芯的顶端与上盖板相抵。也就是多尺度毛细芯1-1可以直接与上盖板2接触，因此不仅能起到快速吸收上盖板2内表面冷凝的液体，另一方面还起到支撑的作用。

具体的，毛细芯的形状可以为锥形、圆形或者方形。当然，毛细芯的形状也并不局限于此，也可以设置为其他合适的形状。

进一步地，蒸发腔1内表面的毛细芯还可以是泡沫金属毛细芯，如泡沫铜，泡沫铜的厚度可以为蒸发腔的深度，也就是泡沫金属毛细芯直接与上盖板2接触。根据需要，泡沫铜的厚度也可以小于蒸发腔的深度。毛细芯还可以是沿着蒸发腔内表面分布的机械加工的微槽道毛细芯。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种电子设备与器件的散热装置，其特征在于，包括均温板、超疏水冷凝管和散热翅片，所述均温板的上盖板与下底板间形成蒸发腔，所述下底板用于与电子设备与器件连接，所述蒸发腔的内表面设置有毛细芯，所述上盖板开设有盖板通孔，所述超疏水冷凝管嵌插于所述散热翅片内，且所述超疏水冷凝管的一端为封闭端，另一端为开口端并与所述盖板通孔密封连接；所述毛细芯为多尺度毛细芯，至少部分所述毛细芯的顶端与所述上盖板相抵；

所述散热翅片包括内部散热翅片和套设于所述内部散热翅外的外部散热翅片，所述超疏水冷凝管包括嵌插于所述内部散热翅片内的内部超疏水冷凝管和嵌插于所述外部散热翅片内的外部超疏水冷凝管；

所述内部散热翅片为包括多个圆形截面翅片的翅片模组，每个圆形截面翅片之间按一定间隔布置，在每个圆形截面翅片表面预留有一系列翅片孔；

所述外部超疏水冷凝管外设置组合式散热翅片，每个所述组合式散热翅片包括第一散热翅片、第二散热翅片和第三散热翅片，三者的首端均连接于所述超疏水冷凝管插入通道。

2.根据权利要求1所述的电子设备与器件的散热装置，其特征在于，所述上盖板的内表面为疏水特性表面或者超疏水特性表面。

3.根据权利要求2所述的电子设备与器件的散热装置，其特征在于，所述上盖板中部的盖板通孔的分布密度大于所述上盖板外部的盖板通孔的分布密度。

4.根据权利要求1所述的电子设备与器件的散热装置，其特征在于，还包括端板，所述端板上开设有端板通孔，所述超疏水冷凝管的封闭端的末端插接于所述端板通孔中，所述端板上开设有用于空气流动的散热通孔。

5.根据权利要求1所述的电子设备与器件的散热装置，其特征在于，所述内部散热翅片和所述外部散热翅片的末端呈弧形。

6.根据权利要求5所述的电子设备与器件的散热装置，其特征在于，所述散热翅片上开设有翅片孔，且所述散热翅片的表面镀有水性纳米涂料层，所述散热翅片的底端与所述上盖板的顶面接触。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电子设备与器件的散热装置，其特征在于，所述毛细芯为通过添加造孔剂制备而成的多尺度毛细芯，或者为烧结于所述蒸发腔内表面的毛细芯经热氧化或者双氧水氧化制备而成的多尺度超亲水毛细芯。

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