CN106643246A - 一种复合吸液芯式异形热管散热器 - Google Patents

一种复合吸液芯式异形热管散热器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种复合吸液芯式异形热管散热器，包括基板、异形热管和设置于热管外侧的散热翅片，所述基板内部设有蒸发腔，所述热管包括截面为异形的热管主体，所述热管主体的内壁上设有沟槽，相邻沟槽之间形成凸起，所述热管主体的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅰ，所述茸状翅纤维Ⅰ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维，所述热管的内部空间与蒸发腔连通，且所述热管的内部空间与蒸发腔共同形成密闭的相变换热腔。本发明蒸发腔内部烧结茸状翅纤维层，能够保证回流工质快速充满蒸发腔内部，使蒸发腔中的工质的均匀分布，热管截面形状异形化，能有效减小气流通过散热器散热翅片及异形热管管束时的风阻，提高散热效率。

Description

一种复合吸液芯式异形热管散热器
技术领域
本发明涉及一种散热器，具体涉及一种复合吸液芯式异形热管散热器。
背景技术
随着大功率电子器件的出现和超高集成度电子元器件向高速、高频和高功率化方向发展，电子器件的发热量越来越大，热流密度和表面温度越来越高，影响了器件的可靠性和使用寿命，对散热提出了更高的要求。现有相变散热器工质液化后回流速度慢，不能满足目前的散热需求，且现有散热器风阻过大，散热效率低。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研究设计一种复合吸液芯式异形热管散热器。本发明采用的技术手段如下：
一种复合吸液芯式异形热管散热器，包括基板、异形热管和设置于热管外侧的散热翅片，所述基板内部设有蒸发腔，所述热管包括截面为异形的热管主体，所述热管主体的内壁上设有沟槽，相邻沟槽之间形成凸起，所述热管主体的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅰ，所述茸状翅纤维Ⅰ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维，所述热管的内部空间与蒸发腔连通，且所述热管的内部空间与蒸发腔共同形成密闭的相变换热腔。
进一步地，所述蒸发腔的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅱ，所述茸状翅纤维Ⅱ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。
进一步地，所述蒸发腔的顶部和底部之间设有支撑结构，所述支撑结构为支撑柱或支撑筋板，所述支撑结构的表面上铺设有茸状翅纤维层Ⅲ，所述茸状翅纤维层Ⅰ与茸状翅纤维层Ⅱ的孔隙相互连通，所述茸状翅纤维层Ⅱ与茸状翅纤维层Ⅲ的孔隙相互连通，所述茸状翅纤维Ⅲ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。
进一步地，所述茸状翅纤维层Ⅰ、茸状翅纤维层Ⅱ和茸状翅纤维层Ⅲ分别定向铺设或杂乱铺设于热管主体的内壁、蒸发腔的内壁以及支撑结构的外壁上，所述茸状翅纤维层Ⅰ、茸状翅纤维层Ⅱ和茸状翅纤维层Ⅲ分别烧结于其所依附的壁面上，在茸状翅纤维之间以及茸状翅纤维与其所依附的壁面之间形成烧结颈。
进一步地，所述茸状翅纤维层Ⅰ为定向铺设，铺设方向为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度，所述沟槽为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度的纵向凹槽。
进一步地，所述茸状翅纤维层的纤维直径为100～200μm，所述茸状翅纤维层的孔隙率为60％～90％，所述沟槽的宽度为0.1～0.2㎜，所述沟槽的深度为0.2～0.3㎜。
进一步地，所述茸状翅纤维层的纤维直径为150μm，所述沟槽的宽度小于或等于茸状翅纤维层的纤维直径。
进一步地，所述热管主体的内壁周向上的沟槽数量为30～70，所述沟槽由犁切-挤压成形法制成。
进一步地，所述热管的截面为椭圆形、矩形或扁圆形，所述散热翅片为板片状翅片，所述散热翅片上设有与热管外部轮廓相匹配的通孔，所述通孔套于所述热管上并通过胀管工艺固定在热管上。
进一步地，所述基板上设有与蒸发腔连通的工质灌注口。
与现有技术比较，本发明所述的复合吸液芯式异形热管散热器具有以下优点：
1、蒸发腔内部烧结茸状翅纤维层，能够保证回流工质快速充满蒸发腔内部，使蒸发腔中的工质均匀分布，以避免蒸发腔局部温度过高；
2、蒸发腔内部均匀分布的支撑柱或支撑筋板结构，连接蒸发腔的上下表面，以避免抽真空、灌注工质过程中蒸发腔的凹陷，或者散热器在工作过程中受力发生变形；另外，支撑柱或支撑筋板表面的辅助茸状翅纤维层Ⅲ可以加快液态工质从蒸发腔的顶部回流至底部，使液态工质快速均匀分布于蒸发腔内；
3、热管内部的茸状翅纤维层和沟槽组成的复合式吸液芯可以加快汽态工质的快速冷凝和液态工质的快速回流，有效增强了热管的传热性能，弥补了沟槽式热管极限功率较低的不足；同时克服了铜粉烧结式吸液芯重量较重、使用过程中铜粉会因振动出现脱落现象，提高了产品可靠性；
4、散热翅片套装在热管上，增大散热表面积，提高散热效率；
5、热管截面形状异形化，能有效减小气流通过散热器散热翅片及异形热管管束时的风阻，提高散热效率。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是本发明实施例所述的异形热管的剖面示意图。
图4是本发明实施例所述的茸状翅纤维的扫描电镜图。
图5是图4的A处放大5倍的扫描电镜图。
具体实施方式
如图1至图3所示，一种复合吸液芯式异形热管散热器，包括基板1、异形热管5和设置于热管5外侧的散热翅片6，所述基板1内部设有蒸发腔3，则基板1的下表面为吸热面，也就是热源模块安装面，所述热管5包括截面为异形的热管主体11，所述热管主体11的内壁上设有沟槽12，相邻沟槽12之间形成凸起，所述热管主体11的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅰ13，所述热管5的内部空间与蒸发腔3连通，且所述热管5的内部空间与蒸发腔3共同形成密闭的相变换热腔。异形热管指截面为非圆形的热管。
如图4和图5所示，所述茸状翅纤维是用特制多齿刀具经切削法制成的表面粗糙的细丝状体，因刀具前刀面与成型面的挤压、摩擦，在纤维表面形成不规则的凸起或缺陷，以及大量的微小茸状翅片结构，丝体细长连续且具有较高强度和一定韧性，其翅片结构高度为纤维当量直径的5％～25％。
所述蒸发腔3的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅱ9，茸状翅纤维之间、茸状翅纤维与蒸发腔3内壁之间形成烧结颈，共同构成多孔结构14。
所述蒸发腔3的顶部和底部之间设有支撑结构4，所述支撑结构4为支撑柱或支撑筋板，所述支撑结构4的表面上铺设有茸状翅纤维层Ⅲ7，所述茸状翅纤维层Ⅰ13与茸状翅纤维层Ⅱ9的孔隙相互连通，所述茸状翅纤维层Ⅱ9与茸状翅纤维层Ⅲ7的孔隙相互连通。本实施例中，基板1包括基板本体和基板上盖2，支撑结构4设置于基板本体和基板上盖2之间。
所述茸状翅纤维层Ⅰ13烧结于热管主体11的内壁上，茸状翅纤维之间、茸状翅纤维与壁面之间形成烧结颈，沟槽12与茸状翅纤维层Ⅰ13共同构成复合吸液芯，将热管冷凝段的液体工质运送回蒸发腔3，烧结过程在氢气气氛下进行，烧结温度为850～900℃，以保持茸状翅纤维表面的粗糙和微小翅片结构。茸状翅纤维层Ⅰ13定向铺设或杂乱铺设于热管主体11的内壁上。本实施例中，所述茸状翅纤维层Ⅰ13为定向铺设，铺设方向为平行于热管5轴向或与热管5轴向呈一定角度，所述沟槽12为平行于热管5轴向或与热管5轴向呈一定角度的纵向凹槽，有效提高了茸状翅纤维层Ⅰ13的渗透率，减小液体工质回流的阻力。所述茸状翅纤维层的纤维直径为100～200μm，根据不同的散热要求，所述茸状翅纤维层的孔隙率为60％～90％，所述沟槽12的宽度为0.1～0.2㎜，所述沟槽12的深度为0.2～0.3㎜。实验测试验证表明茸状翅纤维的直径为150um时毛细性能最佳，因此优选茸状翅纤维层的纤维直径为150μm。茸状翅纤维层Ⅰ13的长度与沟槽的长度保持基本一致。所述热管主体11的内壁周向上的沟槽12数量为30～70，所述沟槽12由犁切-挤压成形法制成。本实施例中，所述沟槽12的截面为“V”形。沟槽12的宽度应和茸状翅纤维直径保持基本一致，或者略小于茸状翅纤维层Ⅰ的纤维直径，以避免茸状翅纤维进入沟槽12内部造成堵塞。如图4所示，茸状翅纤维表面粗糙且具有微小翅片结构，所述茸状翅纤维由多齿刀具切削法制作。
所述热管5的截面为椭圆形、矩形或扁圆形，扁圆形为两个圆弧和两个线段连接成的类似跑道的结构。所述散热翅片6为板片状翅片，所述散热翅片6上设有与热管5外部轮廓相匹配的通孔，所述通孔套于所述热管5上并通过胀管工艺固定在热管5上。
所述基板1上设有与蒸发腔3连通的工质灌注口8。
使用时，将基板1的下表面，也就是热源模块安装面涂抹导热硅脂，然后与热源模块10紧密贴合，以减小接触热阻。热源模块10的热量通过传导至蒸发腔3，蒸发腔3内的液体工质受热汽化，蒸汽汽体沿着热管5的内腔向上运输，蒸汽在热管5的内部通过传导将热量传递给散热翅片6后液化，释放携带的热量，液化后的工质在重力和复合吸液芯毛细力的共同作用下回流到蒸发腔3。此过程不断循环进行，将热源模块的热量运输到大气当中。通过使用茸状翅纤维复合沟槽式异形热管，可以减小风阻，相对于翅片式圆形热管散热器，其散热性能得到了进一步提高。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：包括基板、异形热管和设置于热管外侧的散热翅片，所述基板内部设有蒸发腔，所述热管包括截面为异形的热管主体，所述热管主体的内壁上设有沟槽，相邻沟槽之间形成凸起，所述热管主体的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅰ，所述茸状翅纤维Ⅰ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维，所述热管的内部空间与蒸发腔连通，且所述热管的内部空间与蒸发腔共同形成密闭的相变换热腔。
2.根据权利要求1所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述蒸发腔的内壁上铺设有茸状翅纤维层Ⅱ，所述茸状翅纤维Ⅱ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。
3.根据权利要求2所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述蒸发腔的顶部和底部之间设有支撑结构，所述支撑结构为支撑柱或支撑筋板，所述支撑结构的表面上铺设有茸状翅纤维层Ⅲ，所述茸状翅纤维层Ⅰ与茸状翅纤维层Ⅱ的孔隙相互连通，所述茸状翅纤维层Ⅱ与茸状翅纤维层Ⅲ的孔隙相互连通，所述茸状翅纤维Ⅲ为表面上具有不规则凸起和/或凹坑并且具有茸状翅片结构的金属纤维。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述茸状翅纤维层Ⅰ、茸状翅纤维层Ⅱ和茸状翅纤维层Ⅲ分别定向铺设或杂乱铺设于热管主体的内壁、蒸发腔的内壁以及支撑结构的外壁上，所述茸状翅纤维层Ⅰ、茸状翅纤维层Ⅱ和茸状翅纤维层Ⅲ分别烧结于其所依附的壁面上，在茸状翅纤维之间以及茸状翅纤维与其所依附的壁面之间形成烧结颈。
5.根据权利要求4所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述茸状翅纤维层Ⅰ为定向铺设，铺设方向为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度，所述沟槽为平行于热管轴向或与热管轴向呈一定角度的纵向凹槽。
6.根据权利要求5所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述茸状翅纤维层的纤维直径为100～200μm，所述茸状翅纤维层的孔隙率为60％～90％，所述沟槽的宽度为0.1～0.2㎜，所述沟槽的深度为0.2～0.3㎜。
7.根据权利要求6所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述茸状翅纤维层的纤维直径为150μm，所述沟槽的宽度小于或等于茸状翅纤维层的纤维直径。
8.根据权利要求7所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述热管主体的内壁周向上的沟槽数量为30～70。
9.根据权利要求1所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述热管的截面为椭圆形、矩形或扁圆形，所述散热翅片为板片状翅片，所述散热翅片上设有与热管外部轮廓相匹配的通孔，所述通孔套于所述热管上并通过胀管工艺固定在热管上。
10.根据权利要求1所述的复合吸液芯式异形热管散热器，其特征在于：所述基板上设有与蒸发腔连通的工质灌注口。
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