CN108770283A - 基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器 - Google Patents

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陈阳
满广龙
李国广
张红星
王亚龙
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    • H05K7/2029—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

本发明提供了一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，能够实现大功率芯片散热，并且冷凝器的尺寸比较小。本发明利用内嵌流道实现大功率(大于250W)散热，小尺寸(面积小于70cm2)冷凝器，本发明基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，能够实现大功率芯片散热，并且冷凝器的尺寸比较小。

Description

基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器
技术领域
本发明属于电子设备热设计技术领域，具体涉及一种利用小尺寸(面积小于70cm2)冷凝器实现大功率(大于250W)散热的风冷环路热管散热器。
背景技术
目前，对于IT领域电子设备的热控设计存在如下挑战：
1)芯片热耗日益增大，热流密度增大至30W/cm2，传统铜水热管散热器无法实现大功率散热，不能满足大功率芯片的散热需求；
2)电子设备PCB板上布局紧凑，采用平板环路热管(FLHP)方案，受风冷热沉的影响，若要实现大功率散热，采用传统排管式环路热管冷凝器所需的散热面积较大，无法满足小尺寸的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，能够实现大功率芯片散热，并且冷凝器的尺寸比较小。
为实现上述目的，本发明的一种基于小尺寸冷凝器的大功率散风冷环路热管散热器，包括蒸发器、储液器以及冷凝器，其特征在于，所述蒸发器下表面安装在待散热部件上，上表面焊接翅片；所述蒸发器用于收集待散热部件散发的热源；所述储液器上焊接有翅片；
所述冷凝器包括冷凝基板以及封头；所述冷凝基板内设有两个以上的内嵌流道，内嵌流道长度方向的两端均设有封头孔，内嵌流道通过端部的封头孔连通，所述封头孔被封头填充，所述封头的厚度小于封头孔的孔深，封头保证对内嵌流道密封的同时实现各个内嵌流道的连通，由此两个以上内嵌流道通过封头孔首尾连通形成冷凝流道，冷凝流道两端分别设置有冷凝流道入口和出口；所述冷凝基板的上下表面焊接翅片。
其中，内嵌流道总体积与整个冷凝基板体积比大于30％。
其中，所述封头孔通过电火花穿孔获得。
其中，所述封头上设有底座，所述底座与冷凝基板贴合。
其中，所述冷凝基板为不锈钢板。
其中，所述蒸发器与待散热部件的接触面之间填充有导热填料。
其中，所述蒸发器和储液器之间的翅片分离。
其中，所述冷凝器采用铜柱支撑冷凝基板的方式。
其中，所述蒸发器的毛细芯采用镍粉填充。
其中，内嵌流道相互平行。
有益效果：
本发明利用内嵌流道实现大功率(大于250W)散热，小尺寸(面积小于70cm2)冷凝器，本发明基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，能够实现大功率芯片散热，并且冷凝器的尺寸比较小。
附图说明
图1为本发明散热器整体示意图。
图2为本发明冷凝器整体示意图。
图3为本发明冷凝器内部示意图。
图4为本发明冷凝器封头示意图。
图5为本发明冷凝器的冷凝流道放大图。
图6为本发明的焊接翅片示意图，其中(a)为冷凝器的焊接翅片示意图，(b)为蒸发器的焊接翅片示意图。
图7为本发明散热器的生产流程图。
其中，1-蒸发器，2-储液器，3-冷凝器，4-翅片，5-封头，6-内嵌流道，7-冷凝基板。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
主散热器整体如图1所示，包含蒸发器1、储液器2、冷凝器3及翅片4。
所述蒸发器1下表面安装在芯片上(芯片为待散热部件)，与芯片的接触面可以填充导热填料，上表面焊接翅片4；所述储液器2上焊接有翅片4。
所述冷凝器3和蒸发器1的尺寸相当，面积均小于140cm2，图2为本实施例冷凝器的整体示意图，图3为本实施例冷凝器内部示意图，所述冷凝器3包括冷凝基板7以及封头5，封头5如图4所示；所述冷凝基板7内设有多个相互平行的内嵌流道6，所述冷凝基板7内嵌流道长度方向的两端均设有封头孔，内嵌流道通过端部的封头孔连通，所述封头孔被封头5填充，所述封头5的厚度小于封头孔的孔深，封头5保证对内嵌流道密封的同时实现各个内嵌流道的连通；由此两个以上内嵌流道通过封头孔首尾连通形成冷凝流道，冷凝流道两端分别设置有冷凝流道入口和出口，如图2和图3所示，本实施例的冷凝器包含2个冷凝流道。冷凝流道放大图如图5所示。
所述冷凝基板7的上下表面焊接翅片4。冷凝器的焊接翅片示意图如图6(a)所示，蒸发器的焊接翅片示意图如图6(b)所示，本实施例中翅片厚度为0.3～0.5mm，翅片间距1～1.2mm。
蒸发器1的毛细芯采用镍粉填充，毛细力大于30Kpa。蒸发器1用于收集芯片散发的大功率热源，由于环路热管内两相工质的流动，热量扩热至蒸发器4和冷凝器3表面，通过对其表面焊接翅片进行强迫风冷，将热量排散。在流场风量约55CFM条件下，散热器散热功率可达到500W，热流密度大于22W/cm2。
基于封头孔联合封头5实现的冷凝流道，在133cm2的区域内长度大于2.1m，远远大于传统排管式冷凝器的长度。本发明的冷凝流道增大了工质与冷凝基板7之间的换热能力，减小了工质到冷凝基板7，冷凝基板7到翅片之间的传热热阻。
为实现最佳流通效果，本实施例的内嵌流道设计和加工时，满足以下两个要求：
1)内嵌流道体积与整个冷凝基板7体积比大于30％；
2)封头孔孔径为2mm，孔间距为5.5mm。打孔采用的工艺形式为电火花穿孔，铜钎选用1.85～1.9mm。若单孔深度大于50mm，则采用两端分别打孔的方式。
在环路热管运行过程中，冷凝器流道内压力较大，为增强耐压能力，可以将封头5上设置底座，所述底座与冷凝基板贴合。
本实施例中冷凝基板7为不锈钢薄板，所述封头孔通过不锈钢薄板打孔的方式获得，冷凝基板7初始厚度为5mm。冷凝器加工时，在冷凝器焊接封头后，对冷凝器进行清洗和检漏，检漏无误后，为了减重和加翅片高度，再对冷凝器基板进行机加工，在铣床上将冷凝基板7两面分别减薄0.3mm，冷凝基板7最终的厚度在4.3mm附近。
为实现良好散热效果，本实施例中的焊接方式为激光焊接。进一步地，为阻止蒸发器1与储液器2之间的漏热，本实施例将蒸发器1和储液器2之间的翅片分离，控制蒸发器1和储液器2之间的翅片4间距为2mm。另外，将储液器2靠近进风口，进一步降低储液器2的温度。
本实施例中所述冷凝器3设计采用铜柱支撑冷凝基板7的方式，避开下方电子设备PCB板上的电子元器件，便于IT产品布局冷凝器的位置。
本实施例的散热器能够实现散热能力大于500W，单台250W，能够满足Intel第5代芯片的散热需求；
本发明散热器的生产流程图如图7所示，蒸发器和冷凝器分别生成后在进行管路焊接组成散热器，经过测试后完成散热器生产。
本发明散热器所涉及的一系列生产成本较低的工艺加工模式，能够适应民用IT领域、通信领域路由器、服务器大规模批产供货。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于小尺寸冷凝器的大功率散风冷环路热管散热器，包括蒸发器(1)、储液器(2)以及冷凝器(3)，其特征在于，所述蒸发器(1)下表面安装在待散热部件上，上表面焊接翅片(4)；所述蒸发器(1)用于收集待散热部件散发的热源；所述储液器(2)上焊接有翅片(4)；
所述冷凝器(3)包括冷凝基板(7)以及封头(5)；所述冷凝基板(7)内设有两个以上的内嵌流道(6)，内嵌流道长度方向的两端均设有封头孔，内嵌流道通过端部的封头孔连通，所述封头孔被封头(5)填充，所述封头(5)的厚度小于封头孔的孔深，封头(5)保证对内嵌流道密封的同时实现各个内嵌流道的连通；由此两个以上内嵌流道通过封头孔首尾连通形成冷凝流道，冷凝流道两端分别设置有冷凝流道入口和出口；所述冷凝基板(7)的上下表面焊接翅片(4)。
2.如权利要求1所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，内嵌流道(6)总体积与整个冷凝基板体积比大于30％。
3.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述封头孔通过电火花穿孔获得。
4.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述封头(5)上设有底座，所述底座与冷凝基板贴合。
5.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述冷凝基板为不锈钢板。
6.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述蒸发器(1)与待散热部件的接触面之间填充有导热填料。
7.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述蒸发器(1)和储液器(2)之间的翅片分离。
8.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述冷凝器(3)采用铜柱支撑冷凝基板的方式。
9.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，所述蒸发器(1)的毛细芯采用镍粉填充。
10.如权利要求1或2所述的一种基于小尺寸冷凝器的大功率风冷环路热管散热器，其特征在于，内嵌流道(6)相互平行。
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