CN106802100A - 一种均热板及其制造、使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及散热领域,具体涉及一种均热板及其制造、使用方法。可使热源产生的热量更加快速地通过散热器传递到外部环境,以降低热源的工作温度,使热源可以更加安全高效稳定持久地运行,尤其是针对发热量大的显卡和计算加速卡的芯片。本均热板增强了吸液芯的效率,可吸纳更多的工质,并使工质流畅地回流,同时提高了吸液芯及均热板整体的结构强度,避免均热板发生形变;本均热板通过侧面延伸出更多的冷凝器大幅提高了散热性能,且在底部设置密封件安装结构并搭配密封件使用,热量可通过液态金属从热源传递至散热器,在提高散热器使用效率的同时,避免了液态金属泄漏而导致的危害,且对热源和散热器起到了保护作用。

Description

一种均热板及其制造、使用方法
技术领域
本发明涉及散热领域,具体涉及一种均热板及其制造、使用方法。
背景技术
热管是1963 年美国LosAlamos 国家实验室的G.M.Grover 发明的一种传热元件,它充分利用了热传导原理与工质的相变热传递性质,透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外,其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业,自从被引入散热器制造行业,使得人们改变了传统散热器的设计思路,开辟了散热行业新天地。现在常见于cpu、gpu的散热器上。文献1(中华人民共和国国家标准GB/T14811—2008,热管术语,第1页)指出:“热管是以毛细结构的抽吸作用来驱动工质循环流动的蒸发、冷凝传热装置。”热管利用工质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热),使热量快速传导。一般热管由管壳、管芯和工质组成。热管内部是被抽成负压状态,充入适当的液体,这种液体沸点低,容易挥发。管壁有吸液芯,其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端,另外一端为冷凝端,当热管一端受热时,毛细管中的液体迅速汽化,蒸气在热扩散的动力下流向另外一端,并在冷端冷凝释放出热量,液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端,如此循环不止。
均热板(Vapor Chamber)是一种由壳板、吸液芯、工质和充液管组成的能进行气液相变传热的板状传热装置。文献2(中国,CN 102378547 B,2015.07.15)指出:“均热板与热管的原理与理论架构是相同的,但是热传递的方式不相同,在热管内部,蒸汽的流动方式是近似一维的,因此热管热量传递的方式是线性传递;而在均热板内部,蒸汽的流动方式是近似二维的,因此均热板的加热面的热量传递方式是平面传递方式,比热管更快,更有效率。”然而,即使均热板热量传递方式是平面传递方式,比热管更快,更有效率,但是只能通过一个平面向外部传递热量,且散热面和冷凝面的面积较小。此外,热管和均热板都存在热阻和传热极限,这一切都与管芯(吸液芯)密切相关。均热板主要性能参数还包括冷凝表面的均温性(温度分布的均匀性)、蒸发表面的均温性。
文献3(《热管技术及其工程应用》化学工业出版社,庄骏等,第31—66页)阐述了热管的传热极限。
文献4(硅基微结构之毛细导流与沸腾极限可视化研究,第十届全国热管会议论文集,陈绍文等,第2页,1.2文献探讨)指出:“在一般操作情况下,通常以沸腾极限与毛细极限的影响特别明显。”
文献5(微型热管传热极限的研究,肖宏志等,低温与超导第38卷第5期,第76—78页)得出了毛细极限是实验热管主要传热极限的结论。
文献6(热管的传热极限与热管尺寸的优化设计,和小凤等,河南科学,第15卷第4期,第423—428页)阐述了热管的传热极限与热管尺寸的关系。
文献7(微沟槽热管传热性能实验研究,谢添锦等,机械设计与制造,第6期,第106—108页)阐述了热管的充液率、真空度、长度对热管传热性能的影响。
文献8(热管吸液芯的研究进展,郑丽等,低温与超导第39卷第四期,制冷技术,第43—47页)阐述了现有热管吸液芯的特点。
文献9(铜质均热板制造工艺及其传热性能分析,周文杰,华南理工大学硕士学位论文(公开于中国知网))全面地阐述了现有均热板的原理、制造工艺、并对各种均热板在不同条件下做出了相关研究。
分析文献9可知,现有均热板的壳体分为上下壳板,分别与上下壳板吸液芯烧结后,使用夹具预紧、再次烧结,制造及配合的精度并不高,因此非常可能出现三种现象:第一即上下壳板吸液芯接触不够充分(甚至没有接触)而导致毛细通道减少,吸液芯不能将足量的液态工质输送回蒸发区(文献9中的泡沫铜结构均热板,按上下吸液芯厚度同为0.6mm,壳板厚度1mm,下壳板高度4mm计算,上下吸液芯并未联通);第二即上下壳板吸液芯接触过于紧密而导致接触部分(面)的毛细结构损坏,导致同样问题;第三即部分液芯接触过于紧密而部分吸液芯接触不紧密或没有接触。此三种情况都不利于工质回流。而纯铜柱的冷凝回流功能会受限于重力方向,如果热源在上而均热板在下(长期以来计算机主机中显卡与散热器相对位置大多如此),纯铜柱将丧失回流功能,且纯铜柱比吸液芯热阻大,会对均温性产生不利影响,而为了设置纯铜柱又需要在吸液芯中留出位置,这会减少均热板内部的实际蒸发面积和冷凝面积和工质储存量。
考虑到实际应用,热管和均热板由于自身散热面积小,通常需要与散热鳍片组合成散热器使用,并搭配风扇加强散热(风扇运行会产生机械振动,通常加装橡胶垫来减轻)。一般均热板只能在冷凝面上垂直设置散热鳍片,又因散热鳍片离均热板越远的部位温度越低,所以单纯通过增加散热鳍片高度来增加散热面积的方式并不可取,如果风向垂直于冷凝面,则气流紊乱,不利于通风;平行于冷凝面,则通道较长,风速下降。故均热板散热器风阻较大,不容易被风吹透,一般配合涡轮式风扇使用(风向平行于散热面),但转速高、噪音大、功耗高,且无法同时为显卡pcb板上的其他元件散热。而多根热管可以从散热鳍片中部穿过,能更好地利用散热鳍片,且容易被风吹透(风向与热管轴向垂直),进而可以顺便给pcb板上的其他元件散热。因此目前市场上中、高端显卡配备的散热器更多是采用多根热管搭配散热鳍片的方式制造的,且与均热板制造的散热器相比,散热效果更优。故均热板相较于热管的理论优势并没有在显卡散热的应用(市场)中体现出来。(通常采取相同型号芯片制成的显卡有公版和非公版之分,均热板散热器主要用于公版显卡,非公版显卡主要使用热管散热器,普遍非公版显卡频率(性能)更高且芯片工作温度更低。)此外,在无风扇的情况下,分析文献10(平板蒸汽腔与微热管阵列组合式传热装置,王宏燕等,工程热物理学报第32卷第四期,第653页,2.2均温板使用效果实验)可知:通过利用重力加快均热板内工质的回流来提高散热效果的方式不是最高效的,而使散热鳍片上的热量更容易通过对流换热散发出去的放置方式效果最优。而绝大多数情况下,电脑里的显卡芯片处于散热器上方,均热板内工质回流需要克服垂直方向的重力,会削弱均热板散热器的散热性能,而热管散热器受重力影响相对较小。
文献10(第651—654页)为结合热管与均热板的优点,提出了一种平板蒸汽腔与微热管阵列组合式传热装置(三),并指出:“(1)微热管阵列只能解决单方向的热传输,……散热量更大。”虽然文中结论如此,但此文献和文中的散热装置存在一些不足,首先均热板与热管自身存在热阻,将两者组合的材料也存在热阻,且热量的传递需经过两次汽液循环才能将热量传递到散热片上,增加了热量传递的周期。第二,均热板与微热管阵列都存在传热极限,此传热装置的传热极限(不考虑冷凝极限)受限于两者之中最小的传热极限,故传热极限上存在短板效应;第三,此装置表现更为优异的原因并不是微热管阵列与均温板各自散热性能叠加造成的,主要原因是热源面积太小,均温板的加入能够使居于两侧的热管发挥更多作用,进而促进散热片发挥更多作用;如果热源面积大到足够有效地覆盖住三根热管,则装置一的表现会全面优于该装置。分析文中图7测点4的温度,可以发现该装置表现最差,出现了“1+1<1”的现象。
中、高端显卡的(热管)散热器在设计上通常按其底部与芯片接触的方式分为热管直触式(类似文献10中装置一和文献11(中国,CN 203243660 U,2013.10.16)中的产品)和纯铜底座式(类似文献10中装置三)。由于芯片面积较小,热管直触式显卡散热器一般由2至3根较长的热管经多次大幅度的弯折后再与散热鳍片结合来增加散热面积,为保证底部平整,需要经过压扁、铣或磨等工序,热管壁厚虽然因此变薄而热阻更小,但是经长期使用后容易向内凹陷,会增大芯片与散热器之间的热阻。而纯铜底座式显卡散热器所使用的热管一般数量比直触式的多、长度更短、弯折变形更少,但多根热管不可能同时与芯片接触,通常需要在底部焊接一块纯铜板(块),这必然导致热阻大幅增加,焊缝可能存在气孔、不均匀等现象,焊料也存在杂质。由于直触式散热器每根热管与芯片接触面积不同、纯铜底座式散热器底座上的纯铜板(块)和焊缝存在热阻,都会导致每根热管吸收到的热量不同,均温性相对较差,部分热管没有得到充分利用,进而不能充分利用散热鳍片,况且每根热管单独制造,内部的充液率(量)和真空度等都存在一定差异。由于此两类散热器中热管需经大角度的弯折和压扁,所以部分毛细结构会受到破坏,降低了热管性能,(甚至会有部分热管在弯折加工过程中损毁,)因此行业普遍采用成本更高的烧结金属型或复合型吸液芯热管来保证变形后的吸液芯之毛细力能满足工质回流的需求;弯折加工又需要使用更长的热管,汽液循环周期加长、蒸汽与液体的流动压降相应增加,热管性能进一步下降。而在散热鳍片或热沉布置方面,热管的蒸发段与冷凝段都设置有散热鳍片或热沉,相当于蒸发段上的部分不可忽略不计的热量没有参与汽液循环就直接通过管壳传递到了散热鳍片或热沉上,在达到或临近传热极限之前,分散蒸发段的热量不利于工质蒸发,反而会影响热管发挥作用,甚至芯片产生的部分热量不经过热管就直接传递到热沉或散热鳍片上(如文献11)。此外,这两类散热器中,热管中间传输段(未接触热源或散热鳍片的部分)的设置占比较大且难以优化,相当于加长了汽液循环周期;通常因结构限制,只能经过钻孔、攻丝或焊接螺母后,使用螺钉与显卡安装,如果螺纹孔滑丝、损坏,一般只能选择更换散热器。
散热鳍片方面,一般先将多个厚度在0.4mm左右的铝片通过扣fin工艺结合到一起,间隙1.5mm左右,再通过焊接或者穿fin工艺与热管结合。为与风扇及导风罩配合使用,一般在结合后的散热鳍片上焊接安装结构。风扇向散热鳍片吹风,流动的空气通过散热鳍片间的间隙,将散热鳍片表面的热量带走。由于散热鳍片存在一定厚度,而显卡散热器在设计制造中没有对散热鳍片边缘进行处理,因此存在较大风阻,会影响具有一定速度的气流通过,并产生噪音和振动。
随着科学技术的进步与发展,以及人们对芯片的计算能力的需求不断提高,单位面积上集成的晶体管数量越来越多,热流密度越来越高,半导体电路热量聚积,工作环境温度不断升高,导致电子元器件性能(频率)降低,同时温度升高产生的电应力或热应力或电子迁移可能导致电子元器件可靠性降低,寿命大幅缩短,使用安全性大大下降。目前电子器件的热流密度已突破100W/cm2。电子器件的温度每上升十摄氏度,可靠性就会降低50%,因此对高热流密度电子器件进行温度控制是极其迫切的需求。然而,分辨率更高的显示技术和虚拟现实技术会逐渐推广普及,游戏中越来越复杂的场景、越来越精细逼真的画面,复杂的科学运算需要性能更高的超级计算机等,都会使散热系统面临越来越严峻的挑战。
摩尔定律是由英特尔(Intel)创始人之一戈登·摩尔(Gordon Moore)提出来的。其内容为:当价格不变时,集成电路上可容纳的元器件的数目,约每隔18-24个月便会增加一倍,性能也将提升一倍。换言之,每一美元所能买到的电脑性能,将每隔18-24个月翻一倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。尽管这种趋势已经持续了超过半个世纪,摩尔定律仍应该被认为是观测或推测,而不是一个物理或自然法。预计定律将持续到至少2015年或2020年。然而,2010年国际半导体技术发展路线图的更新增长已经放缓在2013年年底,之后的时间里晶体管数量密度预计只会每三年翻一番。在显卡性能方面,每代产品(约每隔18-24个月)性能提升幅度在35%左右,这与摩尔定律相去甚远,晶体管的尺寸也不可能无限缩小,所以未来每代产品之间的性能进步会越来越小,或者更新周期越来越长。而在cpu性能方面,2011年后,每代产品(约每隔12-18个月)性能提升幅度仅在10%左右,甚至部分新产品主要是将上一代产品的频率适当提高后推出的,而功耗和发热量相对提高。
为获得更高的计算机性能,部分用户会将显卡或cpu的频率调高(制造商支持此功能),即通过超频来获得额外的性能(一般可以提升20%左右,温度控制地越好,越利于获得更高的性能,使用液氮降温的情况下,超频幅度可达50%以上),但会显著增大芯片的功耗和温度。如果散热器不能及时将热量带走,轻则造成蓝屏、死机、重启,重则造成相关硬件烧毁甚至火灾。计算机从90年代普及至今,虽然行业内一直为解决高温问题研发出各类性能更好的散热系统,但长久以来都是使用硅脂类的导热剂来填充芯片与散热器之间的空隙,而优良硅脂导热剂的导热系数一般在5W/(m·K)左右,远低于液态金属(主要成分为镓、铟,导热系数可达80 W/(m·K)以上)或石墨烯(导热系数达5000W/(m·K))制成的导热剂,而这些导热系数高的材料通常具备很强的导电性,在显卡运输、使用等过程中可能泄漏而引起电路板上其他元件短路(芯片表面并不会因此短路),故没有被业界采用,反而散热系统的结构变得越来越庞大、复杂,因为芯片上的热量并不能被硅脂类导热剂快速地传递到散热器上,所以单一增大散热器规模来降低芯片工作温度的方案是事倍功半而且有副作用的,例如水冷散热系统,在同等散热能力下,其成本至少三倍于热管散热器,且包含泵、管道等复杂结构,存在冷却液泄漏的风险并增大噪音;又如技嘉GV-N680So-2G显卡,采用大面积均热板加九根热管制成的散热器,庞大而厚重,增加了显卡pcb板、主板、机箱的负担,也可能和其他硬件发生干涉。此外,硅脂在长期使用后会干燥龟裂,且芯片与散热器之间的空隙大小会因热胀冷缩而不断变化,同时会有空气进入,最终导致整体热阻增大,这时需要将散热器从显卡上拆卸下来清理、更换硅脂并重新安装散热器,部分用户由于没有掌握好力度等,造成芯片被磕碰、压坏等事故。
o型密封圈,o型圈(O-rings)是一种截面为圆形的橡胶密封圈,因其截面为o型,故称其为o型橡胶密封圈,也叫o型圈。开始出现在19世纪中叶,当时用它作蒸汽机汽缸的密封元件。因为价格便宜,制造简单,功能可靠,并且安装要求简单,o形环是最常见的密封用机械设计。o形环承受几十兆帕斯卡(千磅)的压力。o形环可用于静态的应用中,也可以用在部件之间有相对运动的动态应用中,例如旋转泵的轴和液压缸活塞。通过选用合适的橡胶材料和适当的配方设计,实现对油、水、空气、煤气及各种化学介质有效的密封作用。温度使用范围广(- 60 ℃~+ 220 ℃),固定使用时压力可达 1500Kg/cm2( 与补强环并用 )。o形圈断面结构极其简单,且有自密封作用,密封性能可靠。由于o形圈本身及安装部位结构都极其简单,且已形成标准化,因此安装更换都非常容易。
3D打印技术出现在20世纪90年代中期,实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。1986年,美国科学家Charles Hull开发了第一台商业3D印刷机;1993年,麻省理工学院获3D印刷技术专利;1995年,美国ZCorp公司从麻省理工学院获得唯一授权并开始开发3D打印机;2005年,市场上首个高清晰彩色3D打印机Spectrum Z510由ZCorp公司研制成功;2010年11月,美国Jim Kor团队打造出世界上第一辆由3D打印机打印而成的汽车Urbee问世; 2011年8月,南安普敦大学的工程师们开发出世界上第一架3D打印的飞机;2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次用3D打印机打印出人造肝脏组织;2013年10月,全球首次成功拍卖一款名为“ONO之神”的3D打印艺术品;2013年11月,美国德克萨斯州奥斯汀的3D打印公司“固体概念”(SolidConcepts)设计制造出3D打印金属手枪。
发明内容
发明人总的发明构思是:使热源产生的热量更加快速地通过散热器传递到外部环境,以降低热源的工作温度,使热源可以更加安全高效稳定持久地运行,尤其是针对发热量大的显卡和计算加速卡的芯片。鉴于理论、制造、实际应用等多方面存在的诸多现象、缺陷和不足,本申请提供了多个发明并包含了具体要解决的众多技术问题,详细叙述如下:
发明一:一种均热板,主要解决的技术问题有:(1)增强现有均热板抗形变的能力,避免内部吸液芯损坏并保持与热源贴合面的平面度,防止散热器的、热源与散热器之间的热阻变大。(2)针对现有均热板因制造工艺而导致各部分吸液芯之间接触不够紧密或者过于紧密而最终造成工质回流通道减少的缺陷,本发明克服了这些缺陷,防止均热板的毛细极限和沸腾极限降低,使蒸发器不易被烧干。(3)现有均热板通常在内部设置不具有毛细孔隙的支撑结构,导致均热板热阻增大、性能明显受到重力方向的影响、均温性降低、吸液芯(蒸发面积、冷凝面积、充液量)减少等多种缺陷,本发明克服了这些缺陷,在保证均热板结构强度的同时提高了均热板传、散热性能。(4)针对现有均热板吸液芯结构单一、充液量较少、工质回流通道较少的不足,本发明通过优化吸液芯的结构来改进这些不足,提高了均热板的毛细极限和沸腾极限。(5)针对现有均热板冷凝面积、散热面积较小的不足,本发明在占用相同面积的情况下,大幅增加了均热板冷凝面积、散热面积,提高了均热板的冷凝极限,并且避免了在较大尺寸的均热板腔体穿设安装孔的不足,降低均热板漏气的概率。(6)针对现有均热板结构上的不足,导致了内部热量只能以一个近似二维的平面传递和对散热鳍片利用率不高的局限性,本发明改进了这些不足,本均热板工作时内部蒸汽能够以更近似三维的方式流动,能够同时向多个面和多个方向传递热量,且提高部分散热鳍片的利用率,传、散热效率大幅提高。(7)针对现有均热板的结构导致上下壳板采用钎焊工艺时不容易形成可靠的焊接接头的缺陷,本发明通过结构上的优化,可以使上下壳板形成更加可靠的焊接接头,进一步降低均热板漏气的概率。(8)针对现有均热板的结构无法设置储气室的不足、不凝性气体也不可能完全除尽的现象,本发明中第二散热器末端相当于储气室结构,随均热板运行,残留的不凝性气体会逐渐聚集于此,避免均热板性能下降。
发明二:一种显卡散热器,主要解决的技术问题有:(9)针对现有显卡散热器散热鳍片风阻较大的不足,本发明改进了散热鳍片边缘的形状,减小了风阻、噪音、振动,更利于对流换热。(10)针对现有显卡散热器在底座设置螺纹安装孔的缺陷,本发明中安装孔的设计位置可避免螺纹孔因滑丝、损坏等带来的麻烦。(11)针对现有显卡散热器因结构和制造工艺需要对热管进行弯折、压扁处理而导致散热器性能下降的缺陷,本发明避免了这些缺陷,传、散热性能更强。(12)针对现有显卡散热器热阻较大、均温性较差的不足,本发明热阻更小、均温性更强,对散热鳍片的利用更充分,传、散热性能更强。(13)针对现有显卡散热器在热管蒸发段设置热沉而影响热管发挥作用的缺陷,本发明避免了这种缺陷,传、散热性能更强。(14)针对现有显卡散热器因热管内汽液循环周期较长而导致传散、热性能较低的不足,本发明改进了这种不足,传、散热性能更强。
发明三:一种制造均热板或热管或相应散热器的方法,主要解决的技术问题有:(15)进一步降低吸液芯、壳体、散热鳍片之间的热阻;(16)大幅减少焊缝;(17)利于制造形态更为复杂而蒸发面积更大的、并且结构强度能满足要求的吸液芯;(18)大幅减少吸液芯中不具备毛细力的闭孔(即提高有效孔隙数量)、毛细孔隙分布更均匀、减小工质流动阻力、大幅提高均热板或热管的毛细极限、沸腾极限,相应散热器的传散热性能更好。
发明四:一种显卡或计算加速卡,主要解决的技术问题有:(19)提高散热器利用率,更快地将芯片上的热量传递到散热器上,减少因高温带来的危害。(20)进一步降低芯片工作温度,有利于芯片工作在更高频率以发挥其运算性能。(21)可以配合密封件、液态金属导热剂长期使用而不必更换导热剂,减少后期维护及维护中可能出现的风险。
发明五:一种散热器与热源配合使用的方法,主要解决的技术问题有:(22)可利用液态金属或石墨烯导热系数高的属性,将热源上的热量快速地传递至散热器,并且避免液态金属或石墨烯因泄漏而造成的危害。(23)防止散热器与热源贴合部位及其附近部位因长期裸露于空气中而发生的老化、氧化等现象。(24)减小热源与散热器贴合部位之间的压力,防止热源被散热器压坏。(25)当使用以液态金属作为主要成分的导热剂时,散热器与热源可长期配合使用而不必更换导热剂。(26)当散热器配合风扇等使用时,可减小机械振动。
技术方案
1.一种均热板,包括壳板、吸液芯、充液管、支撑结构、蒸发器、冷凝器,其特征包含:所述均热板壳板分为上壳板和下壳板,所述上壳板一面设有若干第一散热鳍片,另一面设有一凸台;所述下壳板中心设有一凹槽,和上壳板凸台嵌合后形成腔体,凹槽开口处外侧设有焊接坡口,下壳板底部(凹槽外)设有密封件安装结构,下壳板凹槽的一个或多个侧面设有至少一个向外延伸的壳体;在均热板上壳板或者下壳板四周(腔体外)设有安装孔;
所述均热板吸液芯分为第一吸液芯和第二吸液芯,所述第一吸液芯由设于上壳板和下壳板之间的第一毛细结构构成,与下壳板凹槽侧壁保持适当间隙,第一毛细结构设有纵横交错的蒸汽通道,通道互相联通;第二吸液芯由第二毛细结构、第三毛细结构、第四毛细结构组成,所述第二毛细结构设于凹槽内表面底部,所述第三毛细结构设于凹槽内表面侧部及延伸壳体的部分内壁,所述第四毛细结构设于延伸壳体内壁;第一吸液芯和第二吸液芯接触部分的毛细孔可以相通;各毛细结构之间的毛细力大小关系为:第二毛细结构≥第一毛细结构≥第三毛细结构≥第四毛细结构;
均热板制造过程中,所述均热板充液管由下壳板延伸壳体构成,保留下位于同一侧的充液管末端的充液孔,其余先做密封处理,充入适量工质,经过加热保温、抽真空后,再做密封处理;
所述均热板支撑结构主要由上壳板、下壳板侧壁、第一毛细结构组成;
均热板使用过程中,所述均热板蒸发器分为第一蒸发器和第二蒸发器,所述第一蒸发器主要由第一毛细结构中靠近下壳板的部分构成,所述第二蒸发器主要由第二毛细结构构成;所述均热板冷凝器分为第一冷凝器和第二冷凝器和第三冷凝器,所述第一冷凝器主要由第一毛细结构中靠近上壳板的部分和上壳板组成,所述第二冷凝器主要由第四毛细结构和下壳板延伸壳体组成,所述第三冷凝器主要由第三毛细结构和下壳板侧壁组成;液态工质在蒸发器上吸热汽化,主要经过第一毛细结构蒸汽通道到达冷凝器后放热液化,再经过毛细结构回流至蒸发器;
此外,第一散热鳍片相当于加强肋结构,在均热板制造和使用过程中具有减少均热板发生形变的作用;下壳板密封件安装结构相当于加强筋结构,在均热板制造和使用过程中具有保持与热源贴合部位之平面度的作用;下壳板焊接坡口具有利于钎焊工艺形成可靠焊接接头的作用;第二冷凝器末端相当于储气室,随均热板的运行,内部残余的不凝性气体将逐渐聚集于此。
2.根据权利要求1所述的均热板,其吸液芯特征在于:所述均热板第一毛细结构为泡沫金属,采用固态金属烧结法制取,利用相应模具配合芯棒获得蒸汽通道;所述均热板第三毛细结构为金属丝网;所述均热板第四毛细结构为槽道式轴向沟槽,或辅以环向沟槽;在将此三种毛细结构预置于下壳板后,再填入适量金属粉末,震荡均匀,嵌合上壳板,最后进行高温烧结获得第二毛细结构,第一、二、三、四毛细结构和上、下壳板两两之间发生接触的部位相当于同时通过扩散焊结合在一起;各毛细结构之间的有效毛细半径大小关系为:第二毛细结构≤第一毛细结构<第三毛细结构<第四毛细结构。
3. 根据权利要求1所述的均热板,其特征在于:在不计第一散热鳍片的情况下,厚度≥5mm;均热板尺寸主要通过厚度或第二冷凝器设置的数量、长度调整,以满足不同的散热要求。
4.一种显卡散热器,其特征包含:所述散热器基于权利要求1中的均热板制造,将所述均热板第二冷凝器与若干第二散热鳍片结合后形成。
5.根据权利要求4所述散热器,其特征在于:所述散热器第二散热鳍片边缘具有流线型或刀刃型结构,具有减小风阻的作用。
6. 一种制造均热板或热管或相应散热器的方法,其特征包含:通过3D立体打印技术一体成型,获得保留有充液孔的半成品,再经过充入适量工质、加热保温、抽真空、密封等步骤处理后,获得均热板或热管或相应散热器成品;或者均热板、热管中的部分或全部吸液芯是通过3D立体打印技术形成的;本方法可以用于制造权利要求1中的均热板或权利要求4中的散热器。
7.一种显卡或计算加速卡,其特征包含:所述显卡或计算加速卡采用权利要求4中的散热器作为配套使用的散热设备,散热器与显卡或计算加速卡芯片之间的空隙由导热剂填充,导热剂成分可以包含液态金属、石墨烯等具有高导热系数的导体,导热剂被密封件密封于散热器与显卡或计算加速卡芯片之间。
8.一种散热器与热源配合使用的方法,其特征包含:将散热器设置密封件安装结构并装入密封件或者将密封件粘合在散热器上,再将采用液态金属或石墨烯等具有高导热系数的导体制成的导热剂,适量涂抹于散热器与热源将要贴合的部位,最后利用螺栓或扣具等将散热器与热源安装在一起;或者,将热源周围设置密封件安装结构并装入密封件,或者将密封件通过粘合、套紧等方式固定在热源周围,或者将密封件放置在热源周围,再将所述导热剂适量涂抹于散热器与热源将要贴合的部位,最后利用螺栓或扣具等将散热器与热源安装在一起;导热剂被密封于散热器与热源之间。
有益效果
均热板可以看作是一种内、外径很大,长度很短的热管,理论上汽液循环周期相对更短,蒸发面积相对更大,因此认为较薄的均热板性能更好。长期以来均热板的设计制造追求轻薄化,厚度普遍不超过5mm,甚至更薄(如文献2发明),却往往配合较高的散热鳍片制成散热器(如文献2中图14),这对终端产品的轻薄化意义不大。而轻薄化的不足之处在于:相同长宽下,越薄的均热板越容易发生弯曲形变,内部毛细结构越容易受到损坏,与芯片(热源)贴合部位平面度越低(甚至能从壳体外表发现因内部纯铜支撑柱而突出的轮廓,如技嘉GV-N680So-2G显卡散热器采用的均热板),与芯片之间热阻越大,故给制造和使用带来不利因素,尤其是较大尺寸的均热板;而制成的尺寸较小的均热板内部充液量相对更少,蒸发器更容易干涸,沸腾极限相对更低,充液率相对更难控制,产品个体之间的性能差异相对更大。同理,相同厚度下,均热板尺寸越大越容易发生弯曲形变,而且随散热要求的提高,相应增大均热板尺寸来提高散热性能的方式效率不高,设计制造相应的大尺寸吸液芯烧结模具等会明显增加成本,而且通常会在大尺寸均热板的腔体之中开设安装孔,增大了漏气的概率。此外,均热板越薄则内部设置的支撑结构占比就会越多,会导致越多的热量未经汽液循环而直接通过内部支撑结构传递到外部,其导热性能越趋近于纯铜板,尤其是在需要克服垂直方向的重力的情况下,同时也会造成均热板腔体空间更小,在高温下工作时内部蒸汽压强更高,壳体更容易膨胀变形。
本均热板的发明思路是增加均热板厚度(总厚度≥5mm)来增强抗弯曲形变能力的同时,增大充液量来提高散热性能、提高冲液率的容错性、为三维形态的吸液芯之设计和制造提供空间(厚度)上的便捷,可以大幅提高吸液芯的效率,使支撑作用、沸腾极限、毛细极限、均温性得到提高,而制造难度下降。最关键之处在于开拓出均热板侧面的传、散热能力:在完整的保留了均热板自身冷凝面和散热面的情况下,主要通过从均热板的侧面延伸出更多、更长的冷凝器来加强散热能力,虽然更长的冷凝器更容易发生弯曲形变,但不易造成上述不良影响,且必要时可通过简便的方式加强结构强度。本均热板主体部分在尺寸不变的情况下,容易以低成本做到大幅提高散热性能来满足更高的散热需求,主要通过沿用原有吸液芯烧结模具来节约成本,也可避免在腔体中开设安装孔。由此可见,本均热板是一种从厚度上克服技术偏见的发明,因增加厚度而可以带来的有益效果详细叙述于后。
现有均热板内部蒸汽的流动方式是近似二维的,热量只能以一个平面传递。本均热板通过增加厚度,使侧面容易延伸出更多的冷凝器,工作时内部蒸汽能够以更近似三维的方式流动,因此能够同时向多个面和多个方向传递热量,传、散热效率大幅提高。此外,现有均热板只能单面设置散热鳍片的方式对散热鳍片利用率不高,制成的散热器风阻较大,而本均热板制成的散热器结构上接近热管散热器,可以更好地利用散热鳍片,但避免了部分热管散热器需要对热管进行大幅弯折变形而导致吸液芯损坏的缺陷。
现有均热板散热面和冷凝面的面积较小,本均热板(制成的散热器)可在占用(显卡上)相同安装面积(相同长度和宽度)的情况下,提供更多的外部散热面(不含由散热鳍片扩展的散热面)和内部冷凝面的面积。例如:显卡可供安装尺寸为100×200mm,当尺寸为100×100mm的现有均热板不能满足散热要求时,将现有均热板尺寸增大至100×200mm,散热面和冷凝面的面积只增加了100%;本均热板只需在主体部分之一侧设置6根长100mm外径8mm内壁设有沟槽的圆柱形冷凝器,散热面和冷凝面的面积可增加300%以上,且未达极限增幅。虽然内部蒸发面积没有同步增加,但可以通过三维形态的吸液芯来弥补,且蒸发面离热源的平均距离更近,扩散热阻更小,蒸发器均温性更好。此外,未计本均热板其余侧面增加的散热面和冷凝面的面积。
现有均热板上下壳板吸液芯由于设计和制造工艺导致相互之间接触不够充分或者接触过于紧密,造成了工质回流遇阻的缺陷,本均热板的设计和制造可使各部分吸液芯更好地接触,故工质可以流畅地回流,提高了均热板的性能。
现有均热板没有且难以为贮留多余的工质而专门优化吸液芯,本均热板在冷凝器中设置毛细孔径更大的毛细结构,可以为蒸发器中毛细孔径更小的毛细结构提供充足的液体工,因此蓄液能力大幅提高,制造中冲液率的容错性进一步提高,由于额外的蓄液量可达蒸发器毛细结构饱和充液量的数倍甚至更多,加之冷凝器的热量耗散能力更强,工质液化速度更快,所以相当于缩短了部分液体工质的回流路径,进而缩短汽液循环周期;又由于毛细孔径尺寸的设置从冷凝器至蒸发器逐段减小,增强了毛细压头,因此本均热板可以做到在不增加热阻的情况下增大充液量,提高毛细极限、沸腾极限,而在较高温度下工作时,由于有充分的工质及时回流至蒸发器,热阻会比现有均热板更低。
现有均热板设计制造具有三维形态的吸液芯难度较大,而且复杂样貌的吸液芯结构强度不高,制造与工作过程中容易损坏,本均热板第一吸液芯具有纵横交错的结构,抗压(拉)强度更高,并增强抗弯曲形变的能力,而加工难度相对较小。
与现有均热板内部普遍设置纯铜支撑柱来提高整体刚度的方法不同,本均热板主体部分可以通过增加下壳板侧壁的厚度、利用第一吸液芯、上壳板第一散热鳍片、下壳板密封件安装结构来提高均热板整体刚度,减小制造和使用中发生的形变,故避免了纯铜支撑柱因重力方向而丧失运输液体工质之功能的现象,相反的,增加了液体工质回流通道;避免了为设置纯铜支撑柱而在吸液芯中留出位置进而导致蒸发面积和冷凝面积和工质储存量减少的现象,相反的,增加了蒸发面积和冷凝面积和工质储存量。因此本均热板在具有良好的抗形变能力的同时,导热性、均温性更好,热阻更低。
现有均热板制造完成后,通常会在(铜质)上壳板焊接铝质散热鳍片制作成散热器。而本均热板中的上壳板可以通过铝挤成型等工艺直接获得散热鳍片结构后,再参与均热板的制造,工序更少,热阻更小,且散热鳍片相当于加强肋,可减少均热板制造过程中的形变。
现有均热板在制造过程中虽然专门经过二次除气来减少不凝性气体,但依然存在残留量,而现有均热板内部无法设置储气室,因此对传热性能有不利影响。而本均热板第二冷凝器的散热能力通常强于第一冷凝器,因此在工作中,第二冷凝器温度更低,蒸汽压强更低,残留的不凝性气体会逐渐流动并聚集在第二冷凝器末端,故能消除不凝性气体的不利影响。
现有均热板因自身结构,制造中需经焊接充液管、注入工质、抽真空、加热保温、二次排出不凝性气体等繁琐的工艺步骤,本均热板在结构上的优化,可在吸液芯、壳体组合完成后,保留下同一侧的延伸冷凝器充液孔,注入适量工质,先经过加热保温排除大部分不凝性气体,然后只保留一个充液孔,其余实施焊接密封,继而立即在热管温度还未大幅下降的状态下进行抽真空,最后完成密封和后续步骤。本均热板这部分工艺更为简洁,且可减少抽真空的时间,关键是完全避免了二次除气过程中剪断充液管时可能出现漏气现象的风险。
现有均热板上下壳板当采用钎焊工艺时会遇到诸多问题,本均热板下壳板的侧壁厚度便于依据工艺需求而设计,可以在侧壁开口端外部设置一圈焊接坡口,且本均热板上壳板的底部设有凸台,便于两者快速的嵌合定位,故利于高效均匀地涂抹钎料和钎焊工艺的实施。如果采用钎焊工艺,可以形成可靠的焊接接头。即使采用扩散焊,也便于在外部施以钎焊形成双重保护,进一步提高结合强度进而降低漏气的概率。
现有均热板工艺还处于探索中的状态,产品规格尺寸尚无统一标准,多为定制化产品,故制造成本难以降低。本均热板通过结构上的优化,易于通过调整第二冷凝器的数量、尺寸、形状等来满足定制产品的需求,而主体部分的规格尺寸相对固定,故利于形成通用标准,因此可节省制造成本,并利于形成产品规格标准。
现有显卡散热器主要基于热管制造,都在热管蒸发段设有热沉,部分热量未经汽液循环而传递到外界,故降低了蒸发段的温度,影响热管发挥作用;为使热管能够接触更多的散热鳍片来增强散热性能,通常会将热管进行大幅弯折变形,因此内部吸液芯会受到部分破坏;又因需要使用长度较长的热管来满足弯折变形的需要,而热管长度与毛细极限成反比,热管弯曲部分又难以设置散热鳍片,所以热管内汽液循环周期相对较长;也为满足弯折工艺的需要,通常采用金属烧结吸液芯热管,与相同外径的沟槽吸液芯热管相比,成本更高、内表面面积(内径)更小、与管壳之间的热阻更大、重量更大;又因显卡芯片面积较小,导致部分热管、散热鳍片没有得到充分利用,虽然加焊纯铜板或者现有均热板可以适当提高热管利用率,但会增加整体热阻;又因每根热管单独制造,性能存在差异,均温性相对较差,且充液量、真空度的容错性较差。这些缺陷或不足的叠加,导致现有显卡散热器效率不高。而本显卡散热器基于发明一中的均热板制造,可以完全避免这些问题,故性能大幅提高,也可以在满足同等散热要求的情况下,降低厚度或者重量,且整体制造中只需进行一次充液和抽真空。
现有显卡散热器的散热鳍片边缘不具有流线型结构,会影响具有一定速度的气流通过,并产生噪音和振动,本散热器散热鳍片边缘具有流线型或刀刃型结构,有效地降低了风阻,因此更加利于对流换热,也利于增加散热鳍片密度从而获得更强的散热能力。
现有均热板或热管或相应散热器的制造方法还不够完善,热管与散热鳍片结合的工艺主要有穿fin或者焊接,均热板与散热鳍片结合的工艺为焊接。穿fin工艺制成的散热器通常在热管与散热鳍片之间会留有间隙;而焊接工艺形成的焊缝导热系数通常小于铜或铝,且有可能形成虚焊或者气孔,因此这两种工艺都会导致散热器热阻大于理论值。而金属烧结吸液芯的制造过程中,往往会形成较多不具备毛细力的闭孔,无法传输工质,且毛细孔隙的分布不够均匀,会降低热管或均热板的实际传、散热性能,对均温性和热阻都有一定影响。此外,现有方法难以制造形态复杂、蒸发面积更大的、结构强度能满足要求的吸液芯。而本方法通过3D立体打印技术一体成型,制造精度高,可以有效降低吸液芯、壳体、散热鳍片之间的热阻,取代均热板上下壳板之间的焊缝,降低漏气概率,关键是可以大幅提高吸液芯的性能,减少闭孔的比例,使均热板或热管或相应散热器性能更高。随3D立体打印技术不断进步的趋势,生产效率、质量都会不断提高。
现有显卡或计算加速卡通常与热管散热器配套使用,因芯片表面或散热器底部表面无法制造成绝对的平面,所以存在空隙,通常使用硅脂导热剂填充。而硅脂导热剂导热系数低、现有热管散热器效率不高的因素导致芯片工作在较高的温度下,制约了芯片的运算性能。本发明采用发明二中的散热器配套使用,将密封件装入散热器底部的密封件安装结构中,将适量的含有液态金属或者石墨烯的导热剂涂抹于芯片表面后,再将显卡或者计算加速卡与散热器安装在一起。因此,芯片工作时产生的热量能够更快地传递至散热器,又因该散热器传、散热性能更强,所以进一步降低了芯片工作时的温度,有利于芯片充分地释放其运算能力,或者更加安全稳定地工作。此外,当采用液态金属导热剂时,因液态金属常温下为液体,流动性低,会黏着在芯片与散热器之间,所以避免了硅脂导热剂长期使用后因干燥而需要更换的麻烦。
通常需要散热的热源及其附近部位温度较高,长期裸露于空气中容易发生老化等现象;通常为减少热源表面与散热器之间的空隙,安装时会施以较大的预紧力,加之热胀冷缩的长期作用,都可能导致热源受损;通常散热器与热源表面之间的空隙都由硅脂导热剂来填充,因硅脂导热剂导热系数较低,不能将热量快速地传递至散热器,随散热要求的不断提高,业界只能增大散热器规模或采用水冷散热器来满足热源的散热需求,但会带来诸多不利影响。长期以来,现有散热器与热源配合使用的方法均未解决这些问题。而本方法将密封件、散热器、热源安装在一起使用,可利用液态金属或石墨烯导热系数高的属性,将热源上的热量快速地传递至散热器,并且克服了液态金属或石墨烯因泄漏而造成的危害;防止散热器与热源贴合部位及其附近部位因长期裸露于空气中而发生的老化、氧化等现象;减小热源与散热器贴合部位之间的压力,防止热源被散热器压坏,并有利于保持散热器与热源贴合部位的平面度;当散热器配合风扇使用时,可减轻机械振动。由于液态金属或石墨烯导热系数远高于硅脂,所以本方法通过大幅提高散热器的利用率,实现了有效降低热源温度的目的,且具有保护热源和散热器的功能;如果配合发明二使用,散热效果更佳,更利于散热器的轻薄化。
附图说明
图1 是均热板及散热器的分解示意(轴测)图。
图2 是均热板及散热器的分解示意(正视)图。
图3 是图2中A部分局部视图,比例10:1。
图4 是均热板及散热器的分解示意(仰视)图。
图5 是图4中B部分局部视图,比例5:1。
图6 是散热器轴测图。
图7 是散热器左视图。
图8 是图7中延C—C线的剖视图。
图9 是图8中D部分局部视图,比例3:1。
图10是散热器正视图。
图11是图10中E部分局部视图,比例5:1。
图12是散热器右视图。
图13是第一毛细结构轴测图。
图14是第一毛细结构右视图。
图15是散热器、芯片、密封件、导热剂相对位置示意图。
图16是cpu俯视图。
图17是图16中延A—A线剖视图。
图中:1上壳板,2第一毛细结构,3第三毛细结构,4第二毛细结构,5下壳板,6第二散热鳍片,11第一散热鳍片,12上壳板凸台,21第一毛细结构第一蒸汽通道,22第一毛细结构第二蒸汽通道,23第一毛细结构第三蒸汽通道,31第三毛细结构延伸部分,51下壳板延伸壳体,52第四毛细结构,53储气室,54焊接坡口,55o型圈安装沟槽,56螺栓安装孔,61孔,62流线型边缘结构,101散热器,102o型圈,103芯片,104PCB板,105液态金属,106cpu保护盖。
具体实施方式
实施例一,包含发明一、二。
如图1—14所示,发明二由发明一与第二散热鳍片6结合而成,第二散热鳍片6采用铝质金属片制作,可先将金属型材边缘通过打磨等工艺形成流线型边缘结构62后,再下料、冲孔,形成孔61,最后通过扣fin工艺将若干第二散热鳍片组合在一起。
发明一由上壳板1、第一毛细结构2、第三毛细结构3、第二毛细结构4、下壳板5构成,形成一个密闭的真空腔,并包含适量工质(图未示)。
上壳板1可采用铝挤成型工艺获得第一散热鳍片11和上壳板凸台12。
下壳板5主体部分可采用铜锻压工艺制造,同时形成o型圈安装沟槽55,螺栓安装孔56可焊接在主体部分,也可调整至上壳板1,再通过倒角工艺形成焊接坡口54。下壳板延伸壳体51由铜管或铝管制造,外径为6mm,经机械加工形成轴向沟槽,即第四毛细结构52。将主体部分两侧钻孔,通过过盈配合或胀管工艺与下壳板延伸壳体51预先固定在一起。本实施例在主体部分的两侧分别设置三个下壳板延伸壳体51,具体设置面、数量、尺寸、形状等可灵活调整,通常用于制造显卡散热器的发明一在一至二个侧面分别设置二至八个下壳板延伸壳体51较为适宜,必要时,为了尽可能多的增加下壳板延伸壳体51的数量,可将其压扁,并在下壳板5主体部分侧面开设相应的槽孔。
第一毛细结构2为泡沫铜,采用固态金属烧结法制取,利用相应模具配合芯棒(图未示)获得第一毛细结构第一蒸汽通道21、第一毛细结构第二蒸汽通道22、第一毛细结构第三蒸汽通道23。
第三毛细结构3为多层铜网结构,使用铜丝编织而成,形成第三毛细结构延伸部分31。
将第三毛细结构3、第一毛细结构2装入下壳板5后,再填入适量金属粉末(也可先填粉再装入其他毛细结构),震荡均匀,嵌合上壳板1,最后进行高温烧结获得第二毛细结构4,第一、二、三、四毛细结构和上、下壳板两两之间发生接触的部位相当于同时通过扩散焊结合在一起,下壳板5主体部分与下壳板延伸壳体51完成固定。
可将焊接坡口54填入适量钎料,再施以钎焊,可使上、下壳板更可靠的结合在一起;也可将下壳板延伸壳体51与下壳板5主体部分的结合部外侧施以钎焊,加强结合强度,或者配合金属衬套等加强筋(图未示)一起进行焊接。必要时,还可以在下壳板5主体部分侧面不与其他零件发生干涉的部分加焊散热鳍片(图未示),以进一步提高散热性能。
当发明一用于制造其他散热器而需要对下壳板延伸壳体51进行大幅弯折时,可将制作下壳板延伸壳体51的金属管先装入金属丝网,再进行弯折变形,相当于第四毛细结构52由第三毛细结构3代替。
第三毛细结构3也可使用颗粒直径更大的铜粉制造(相较于第一、二毛细结构),先将堵粉棒(图未示)插入下壳板延伸壳体51,防止过多铜粉进入,再将制造第一毛细结构2的模具(图未示)放入下壳板5,然后进行填粉烧结,相当于在完成第一毛细结构2制取的同时,将第三毛细结构3烧结在下壳板5内表面及一小段沟槽中,最后完成其余后续步骤。
发明一、二在工作时,下壳板底部受热后将热量传递至各个蒸发器,工质在各个蒸发器吸热汽化,经各个蒸汽通道移动至各个冷凝器后放热液化,再经各个毛细结构回流至蒸发器,如此循环;内部不凝性气体会逐渐聚集在储气室53,即下壳板延伸壳体51的末端。
实施例二,包含发明三。
将发明一、二的形状、尺寸、材质输入计算机,通过3D立体打印机制造,或者将第一、二、三毛细结构通过3D立体打印机设置在已经制作好的下壳板5之中,再经其余后续步骤完成制作。也可在真空环境中制造,获得没有焊缝的相关产品。
实施例三,包含发明四、五。
如图15所示,液态金属105被密封于PCB板104、芯片103、o型圈102、散热器101之间,芯片103工作时产生的热量主要通过液态金属105传递至散热器101。o型圈102具有减小散热器101与芯片103之间的压力的作用,以及减小机械振动的作用,并防止外界空气、异物等进入。
实施例四,包含发明五。
如图16、17所示,可在cpu保护盖外部设置o型圈安装沟槽并配合o型圈102使用,将含有液态金属或者石墨烯的导热剂涂抹于cpu保护盖外部,再安装散热器。
综上所述,本申请包含的发明既解决了现有技术的缺失,又极具新颖性和创造性,完全符合发明专利申请要件,爰依专利法提出申请,敬请详查并赐准本案专利,以保障发明人的权利。
以上实施例仅为本申请中多个发明的典型实施例,非因此即拘限本申请中多个发明的专利范围,故举凡运用本申请说明书及附图内容所为的等效结构变化、小幅改进等,均同理皆包含于本申请的范围内;然而,随材料工程等科学技术的发展,制造发明一、二所用的材料理应与时俱进,并不拘限于现有技术条件;此外,但凡根据本申请中说明书及附图内容而设计制造的、专门用于参与制造本申请中产品的器具、方法,皆应视为得到了本申请的技术启示,合予陈明。

Claims (8)

1.一种均热板,包括壳板、吸液芯、充液管、支撑结构、蒸发器、冷凝器,其特征包含:所述均热板壳板分为上壳板和下壳板,所述上壳板一面设有若干第一散热鳍片,另一面设有一凸台;所述下壳板中心设有一凹槽,和上壳板凸台嵌合后形成腔体,凹槽开口处外侧设有焊接坡口,下壳板底部(凹槽外)设有密封件安装结构,下壳板凹槽的一个或多个侧面设有至少一个向外延伸的壳体;在均热板上壳板或者下壳板四周(腔体外)设有安装孔;
所述均热板吸液芯分为第一吸液芯和第二吸液芯,所述第一吸液芯由设于上壳板和下壳板之间的第一毛细结构构成,与下壳板凹槽侧壁保持适当间隙,第一毛细结构设有纵横交错的蒸汽通道,通道互相联通;第二吸液芯由第二毛细结构、第三毛细结构、第四毛细结构组成,所述第二毛细结构设于凹槽内表面底部,所述第三毛细结构设于凹槽内表面侧部及延伸壳体的部分内壁,所述第四毛细结构设于延伸壳体内壁;第一吸液芯和第二吸液芯接触部分的毛细孔可以相通;各毛细结构之间的毛细力大小关系为:第二毛细结构≥第一毛细结构≥第三毛细结构≥第四毛细结构;
均热板制造过程中,所述均热板充液管由下壳板延伸壳体构成,保留下位于同一侧的充液管末端的充液孔,其余先做密封处理,充入适量工质,经过加热保温、抽真空后,再做密封处理;
所述均热板支撑结构主要由上壳板、下壳板侧壁、第一毛细结构组成;
均热板使用过程中,所述均热板蒸发器分为第一蒸发器和第二蒸发器,所述第一蒸发器主要由第一毛细结构中靠近下壳板的部分构成,所述第二蒸发器主要由第二毛细结构构成;所述均热板冷凝器分为第一冷凝器和第二冷凝器和第三冷凝器,所述第一冷凝器主要由第一毛细结构中靠近上壳板的部分和上壳板组成,所述第二冷凝器主要由第四毛细结构和下壳板延伸壳体组成,所述第三冷凝器主要由第三毛细结构和下壳板侧壁组成;液态工质在蒸发器上吸热汽化,主要经过第一毛细结构蒸汽通道到达冷凝器后放热液化,再经过毛细结构回流至蒸发器;
此外,第一散热鳍片相当于加强肋结构,在均热板制造和使用过程中具有减少均热板发生形变的作用;下壳板密封件安装结构相当于加强筋结构,在均热板制造和使用过程中具有保持与热源贴合部位之平面度的作用;下壳板焊接坡口具有利于钎焊工艺形成可靠焊接接头的作用;第二冷凝器末端相当于储气室,随均热板的运行,内部残余的不凝性气体将逐渐聚集于此。
2.根据权利要求1所述的均热板,其吸液芯特征在于:所述均热板第一毛细结构为泡沫金属,采用固态金属烧结法制取,利用相应模具配合芯棒获得蒸汽通道;所述均热板第三毛细结构为金属丝网;所述均热板第四毛细结构为槽道式轴向沟槽,或辅以环向沟槽;在将此三种毛细结构预置于下壳板后,再填入适量金属粉末,震荡均匀,嵌合上壳板,最后进行高温烧结获得第二毛细结构,第一、二、三、四毛细结构和上、下壳板两两之间发生接触的部位相当于同时通过扩散焊结合在一起;各毛细结构之间的有效毛细半径大小关系为:第二毛细结构≤第一毛细结构<第三毛细结构<第四毛细结构。
3.根据权利要求1所述的均热板,其特征在于:在不计第一散热鳍片的情况下,厚度≥5mm;均热板尺寸主要通过厚度或第二冷凝器设置的数量、长度调整,以满足不同的散热要求。
4.一种显卡散热器,其特征包含:所述散热器基于权利要求1中的均热板制造,将所述均热板第二冷凝器与若干第二散热鳍片结合后形成。
5.根据权利要求4所述散热器,其特征在于:所述散热器第二散热鳍片边缘具有流线型或刀刃型结构,具有减小风阻的作用。
6.一种制造均热板或热管或相应散热器的方法,其特征包含:通过3D立体打印技术一体成型,获得保留有充液孔的半成品,再经过充入适量工质、加热保温、抽真空、密封等步骤处理后,获得均热板或热管或相应散热器成品;或者均热板、热管中的部分或全部吸液芯是通过3D立体打印技术形成的;本方法可以用于制造权利要求1中的均热板或权利要求4中的散热器。
7.一种显卡或计算加速卡,其特征包含:所述显卡或计算加速卡采用权利要求4中的散热器作为配套使用的散热设备,散热器与显卡或计算加速卡芯片之间的空隙由导热剂填充,导热剂成分可以包含液态金属、石墨烯等具有高导热系数的导体,导热剂被密封件密封于散热器与显卡或计算加速卡芯片之间。
8.一种散热器与热源配合使用的方法,其特征包含:将散热器设置密封件安装结构并装入密封件或者将密封件粘合在散热器上,再将采用液态金属或石墨烯等具有高导热系数的导体制成的导热剂,适量涂抹于散热器与热源将要贴合的部位,最后利用螺栓或扣具等将散热器与热源安装在一起;或者,将热源周围设置密封件安装结构并装入密封件,或者将密封件通过粘合、套紧等方式固定在热源周围,或者将密封件放置在热源周围,再将所述导热剂适量涂抹于散热器与热源将要贴合的部位,最后利用螺栓或扣具等将散热器与热源安装在一起;导热剂被密封于散热器与热源之间。
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