CN107968078A - 热管嵌入式散热装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明热管嵌入式散热装置包括热沉和热管，热沉的底面设有凹槽，凹槽的开口方向朝向热沉与发热芯片连接的一面，热管的一端位于凹槽的内部，热管部分表面裸露于凹槽的外部，并能够与发热芯片接触，裸露于凹槽的外部的热管与热沉的底面平齐。本装置直接将热管与发热芯片接触，与现有热管插在热沉的内部，可有效降低发热芯片和热管之间的热阻。制作方法：a)热管经过烧结、退火获得软态的热管；b)在热沉的底面开凹槽，凹槽内涂抹导热膏，将热管一端放置于凹槽内，另一端穿入若干个翅片上的通孔，并与通孔紧密配合；采用本装置的制造方法，能够得到发热芯片与热管直接接触的散热装置，且消除了热管被压扁时的凹陷问题，同时使压扁后的热管与凹槽贴合更紧密。

Description

热管嵌入式散热装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子元件散热领域，特别是涉及热管嵌入式散热装置及其制造方法。
背景技术
随着电子科技的快速发展，电子元件的运算能力越来越强，运算时产生的发热量也越来越高，且电子元件的使用寿命随工作温度的提高快速缩短，为维持其在许可的温度下稳定运行，需要将产生的热量及时散去。另外，电子行业的迅猛发展也不断促使高效散热装置的发展：从带翅片的热沉过渡到使用热管的散热模组。因此，高效的散热装置是电子元件充分发挥性能的基础。
现有常用散热装置如图1所示，发热芯片4与热沉1的底部接触，热管2一端穿入热沉1的开孔中，另一端穿有若干翅片10。这种装置的发热芯片4与热管2不是直接接触，热阻较大，不利于热量的传导。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之一是：提供热管嵌入式散热装置，其能够提高散热装置的散热效率。
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的之二是：提供热管嵌入式散热装置的制造方法，其能够制造出散热效率高的散热装置，并且生产效率高，适合产业化。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
热管嵌入式散热装置，包括热沉和热管，热沉的底面设有凹槽，凹槽的开口方向朝向热沉与发热芯片连接的一面，热管的一端位于凹槽的内部，热管部分表面裸露于凹槽的外部，并能够与发热芯片接触，裸露于凹槽的外部的热管与热沉的底面平齐。
进一步，热沉设有若干个翅片，若干个翅片均分别设有通孔，热管的另外一端穿设于通孔内，且与通孔紧密配合。
进一步，热沉与若干个翅片为一体结构。
进一步，若干个翅片的侧面设有送风装置，送风装置的气流从若干个翅片之间穿过。
进一步，热管包括依次相连的翅片连接段、弯管段以及热沉连接段，翅片连接段和弯管段的横截面为圆形。
热管嵌入式散热装置的制造方法，包括以下步骤，
a)热管制作过程经过烧结、退火获得软态的热管；
b)在热沉的底面开凹槽，凹槽内涂抹导热膏，将热管一端放置于凹槽内，另一端穿入若干个翅片上的通孔，并与通孔紧密配合；
c)采用预压模具预压成形置于凹槽内的热管段；
d)采用滚轮滚压位于凹槽内的经过预压成形后的热管段；
e)研磨热沉的底面，使热管滚压段与热沉的底面齐平。
进一步，热管采用纯铜管，烧结温度为940℃，在氮气和氢气保护下烧结3h，退火温度为600℃，在氮气和氢气保护下退火4h，压力0.03-0.06Mpa。
进一步，热管的直径为D，凹槽的深度为H，热管的周长为L1，凹槽的周长为L2，凹槽的槽口宽度为B，凹槽的最宽处的宽度为A，放置于凹槽内的热管，预压之前，D＞H≥2/3D，L1≤L2+B≤L1+0.3mm，2/3D＜B＜A。
进一步，预压模具与热管接触位置设有圆柱面形状的凹部，凹部的深度为h，凹部的开口处的宽度为C，h＝1/3(D-H)，C≥B。
进一步，滚轮滚压热管时的直线运动速度为v，v≤80mm/s。
总的说来，本发明具有如下优点：
热管嵌入式散热装置，本装置直接将热管与发热芯片接触，与现有热管插在热沉的内部，不与发热芯片直接接触的结构相比，可有效降低发热芯片和热管之间的热阻。
另外，若干个翅片设置于热沉上一体化设计，增加了热量传导途径，热量除了通过热管传导至翅片外，还通过热沉直接传导至翅片上。
采用本装置的制造方法，能够得到发热芯片与热管直接接触的散热装置，且消除了热管被压扁时的凹陷问题，同时使压扁后的热管与凹槽贴合更紧密，并且生产效率高，适合产业化。
附图说明
图1为现有技术的热管式散热装置的立体结构示意图。
图2为本发明热管嵌入式散热装置的立体结构示意图。
图3为本发明热管嵌入式散热装置的热沉的立体结构示意图。
图4为采用现有技术一次直接压扁热管后热管中间出现凹陷的示意图。
图5为采用本发明热管嵌入式散热装置的制造方法的预压模具压扁热管前的工作状态示意图。
图6为采用本发明热管嵌入式散热装置的制造方法的预压模具压扁后的热管和热沉的截面结构示意图。
图7为采用本发明热管嵌入式散热装置的制造方法的滚轮滚压的工作状态示意图。
图8为采用本发明热管嵌入式散热装置的制造方法的滚轮滚压后的热管和热沉的截面结构示意图。
其中图1至图8中包括有：
1-热沉、2-热管、21-凹陷、3-风扇、4-发热芯片、5-预压模具、51-凹部、6-滚轮、7-平面模具、8-间隙、11-通孔、12-翅片、13-凹槽。
具体实施方式
下面来对本发明做进一步详细的说明。
热管嵌入式散热装置，包括热沉1和热管2，热沉1的底面设有凹槽13，凹槽13的开口方向朝向热沉1与发热芯片4连接的一面，热管2的一端位于凹槽13的内部，热管2部分表面裸露于凹槽13的外部，并能够与发热芯片4接触，裸露于凹槽13的外部的热管2与热沉1的底面平齐，热沉1设有若干个翅片12，若干个翅片12均分别设有通孔11，热管2的另外一端穿设于通孔11内，且与通孔11紧密配合。热沉1与若干个翅片12为一体成型结构。若干个翅片12的侧面设有送风装置，送风装置为风扇3，送风装置的气流从若干个翅片12之间穿过。便于空气流动带走翅片12散发的热量，热管2包括依次相连的翅片12连接段、弯管段以及热沉连接段，翅片连接段和弯管段的横截面为圆形。
热管嵌入式散热装置的制造方法，包括以下步骤，
a)热管2经过烧结、退火获得软态的热管2；
b)在热沉1的底面开凹槽13，凹槽13内涂抹导热膏，将热管2一端放置于凹槽13内，另一端穿入若干个翅片12上的通孔11，并与通孔11紧密配合；
c)采用预压模具5预压成形置于凹槽13内的热管2段；
d)采用滚轮6滚压位于凹槽13内的经过预压成形后的热管2段；
e)研磨热沉1的底面，使热管2滚压段与热沉1的底面齐平。
热管2的直径为D，凹槽13的深度为H，热管2的周长为L1，凹槽13的周长为L2，凹槽13的槽口宽度为B，凹槽13的最宽处的宽度为A，放置于凹槽13内的热管2，预压之前，D＞H≥2/3D，L1≤L2+B≤L1+0.3mm，2/3D＜B＜A。预压模具5与热管2接触位置设有圆柱面形状的凹部51，凹部51的深度为h，凹部51的开口处的宽度为C，h＝1/3(D-H)，C≥B。
总的说来，本发明具有如下优点：
热管嵌入式散热装置，本装置直接将热管2与发热芯片4接触，与现有热管2插在热沉1的内部，不与发热芯片4直接接触的结构相比，可有效降低发热芯片4和热管2之间的热阻。
另外，若干个翅片12设置于热沉1上一体化设计，增加了热量传导途径，热量除了通过热管2传导至翅片12外，还通过热沉1直接传导至翅片12上。
采用本装置的制造方法，能够得到发热芯片4与热管2直接接触的散热装置，且消除了热管2被压扁时的凹陷21问题，同时使压扁后的热管2与凹槽13贴合更紧密，并且生产效率高，适合产业化。
具体的，如图2、图3所示，热沉1上设置凹槽13，其中，D＝6mm，B＝6.1mm，L2+B＝L1＝Π×D＝18.85mm，H＝2/3，D＝4mm，A＝7.1mm；热沉1上设置翅片12，翅片12上开有通孔11，热管2的一端与热沉1的凹槽13配合，另一端与通孔11紧配；风扇3垂直设置于翅片12侧边进行风冷。
本装置具体的制造方法：
纯铜热管2管壁制造过程经过940℃烧结3h(氮气+氢气保护)，后续工序再经过600℃退火4h，退火时氮气和氢气保护，压强0.03-0.06MPa，获得软态热管2，然后在热沉1的凹槽13内涂抹0.1mm厚度的导热膏，将热管2一端紧配穿入翅片12上的通孔11，另一端放置于凹槽13内，如图5所示，预压模具5凹部51的开口宽度为C＝7mm，深度h＝0.67mm，对热沉1的凹槽13内的热管2进行预压成形，预压模具5下压至接触热沉1，图6所示为热管2预压后的效果，热管2顶部呈与预压模具5凹部51相同形状的凸起。然后，如图7所示，采用SUS304可自转滚轮6以v＝50mm/s的直线运动速度对预压后的热管2进行滚压，滚压过程滚轮6的底部与热沉1接触，滚压后的效果如图8所示，再进一步研磨热沉1的底面进一步提高粗糙度及平整度。
总的说来，本发明具有如下优点：
通过对热管2进行合适的热处理，获得软态热管2再进行分次成形包括预压和滚压二次成型，可有效解决如图4中平面模具7压扁热管2时，热管2中部出现凹陷21及热管2与凹槽13之间间隙8较大的问题。采用该方法制造的散热装置热阻较小，导热、散热效果更佳。
试验表明，按图4所示的热管2打扁方法：直接将热管2置于凹槽13中后用平面模具7一次性压扁，热管2的中间位置会出现凹陷21，尤其当热管2的管壁较薄时更为明显，另外，压扁后热管2与凹槽13内壁之间存在较大间隙8，不利于热量的传导。
试验发现：常温下，热管2压扁的凹陷程度与热管2制造过程的热处理有很大关系，规律为：当热管2为硬态或半硬态时，压扁会出现较为严重的凹陷21，而热处理变为软态的热管2，压扁后能获得较为平整的表面。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.热管嵌入式散热装置，其特征在于：包括热沉和热管，热沉的底面设有凹槽，凹槽的开口方向朝向热沉与发热芯片连接的一面，热管的一端位于凹槽的内部，热管部分表面裸露于凹槽的外部，并能够与发热芯片接触，裸露于凹槽的外部的热管与热沉的底面平齐。
2.按照权利要求1所述的热管嵌入式散热装置，其特征在于：热沉设有若干个翅片，若干个翅片均分别设有通孔，热管的另外一端穿设于通孔内，且与通孔紧密配合。
3.按照权利要求2所述的热管嵌入式散热装置，其特征在于：热沉与若干个翅片为一体结构。
4.按照权利要求3所述的热管嵌入式散热装置，其特征在于：若干个翅片的侧面设有送风装置，送风装置的气流从若干个翅片之间穿过。
5.按照权利要求4所述的热管嵌入式散热装置，其特征在于：热管包括依次相连的翅片连接段、弯管段以及热沉连接段，翅片连接段和弯管段的横截面为圆形。
6.权利要求1至5任意一项所述的热管嵌入式散热装置的制造方法，其特征在于：包括以下步骤，
a)热管制作过程经过烧结、退火获得软态的热管；
b)在热沉的底面开凹槽，凹槽内涂抹导热膏，将热管一端放置于凹槽内，另一端穿入若干个翅片上的通孔，并与通孔紧密配合；
c)采用预压模具预压成形置于凹槽内的热管段；
d)采用滚轮滚压位于凹槽内的经过预压成形后的热管段；
e)研磨热沉的底面，使热管滚压段与热沉的底面齐平。
7.按照权利要求6所述的热管嵌入式散热装置的制造方法，其特征在于：热管采用纯铜管，烧结温度为940℃，在氮气和氢气保护下烧结3h，退火温度为600℃，在氮气和氢气保护下退火4h，压力0.03-0.06Mpa。
8.按照权利要求7所述的热管嵌入式散热装置的其制造方法，其特征在于：热管的直径为D，凹槽的深度为H，热管的周长为L1，凹槽的周长为L2，凹槽的槽口宽度为B，凹槽的最宽处的宽度为A，放置于凹槽内的热管，预压之前，D＞H≥2/3D，L1≤L2+B≤L1+0.3mm，2/3D＜B＜A。
9.按照权利要求8所述的热管嵌入式散热装置的制造方法，其特征在于：预压模具与热管接触位置设有圆柱面形状的凹部，凹部的深度为h，凹部的开口处的宽度为C，h＝1/3(D-H)，C≥B。
10.按照权利要求6所述的热管嵌入式散热装置的制造方法，其特征在于：滚轮滚压热管时的直线运动速度为v，v≤80mm/s。
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