CN111174610B - 散热器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种散热器，包括设置有密封的中空腔体的散热主体，所述中空腔体内充注有相变工质，所述散热主体包括相连接的本体和折弯体，所述本体与所述折弯体中分别设置有若干流道，所述本体中的流道的当量直径大于所述折弯体中的流道的当量直径。本方案中的散热器具有纵横交错的微通道结构，且内部充注有相变工质，传热效率远大于纯金属散热器；为了应对液体工质汽化后在远离发热源的区域热扩散动力不足的问题，本发明设计出微通道当量直径逐步递减的闭环网络结构，以提高扩散动力，增加热量传输距离和工质气液循环效率，使散热器均温性能进一步提高。

Description

散热器及其制备方法

技术领域

本发明涉及散热器领域，尤其涉及一种散热器以及该散热器的制备方法。

背景技术

随着电子行业技术的发展，电子器件趋于小型化和轻薄化，同时电子元件的性能和功率不断提高，热流密度急剧增加，如何有效解决散热问题已成为电子技术进一步发展的瓶颈。

目前电子行业使用到的散热器多种多样，在应对大功率热源及高热流密度的工况下，普遍存在体积大、重量大、均温性能差等问题。如常规的铝挤型散热器，在自然散热的情况下，为解决大功率器件的温升问题，往往体型笨重且占用空间大。市场上也有一些直接将一定厚度的铝板冲压成型制备而成的散热器，此类散热器对比传统的铝挤散热器重量较轻，厚度更薄，结构设计自由度高，但均温性差，尤其在热源功率较高时，铝板冲压式散热器的热源接触位置与散热器边缘的温差极大。

随着电子行业散热需求的进一步提高，市面上出现了一些先进的散热技术，相变散热技术就是其中一种拥有较强竞争力的导热散热方案。其中均温板具有较好的应用前景，均温板内部为中空的腔体结构，并充注有液体工质，在均温板工作时，液体工质吸收热量蒸发至冷凝段后放出潜热液化，在重力或毛细力的作用下回到热源段，循环该过程实现由吸热到传热最后散热的功能，因此相变式均温板的导热系数大，传热密度极高。但对于电子行业的某些应用场景，如电视机控制板卡、驱动器控制板卡、中央处理器(CPU)及LED灯具等，均温板的板式结构会占用较大的横向空间，影响电子元器件的布局，为了满足一定的安规要求，甚至还会加大电子产品的体积，造成成本的上升。

发明内容

本发明实施例的目的在于：提供一种散热器及其制备方法，其能够实现复杂结构场景下良好的均温效果。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种散热器，包括设置有密封的中空腔体的散热主体，所述中空腔体内充注有相变工质，所述散热主体包括相连接的本体和折弯体，所述本体与所述折弯体中分别设置有若干流道，所述本体中的流道的当量直径大于所述折弯体中的流道的当量直径。

作为所述的散热器的一种优选的技术方案，所述本体中的流道之间以及所述折弯体中的流道之间分别相互交错设置。

作为所述的散热器的一种优选的技术方案，所述折弯体中的流道远离所述本体的端部相互连通。

作为所述的散热器的一种优选的技术方案，所述折弯体包括多个折弯部，多个所述折弯部依次相接，并由所述本体的侧边朝外延伸，每个所述折弯部中所述流道的当量直径相同；沿多个所述折弯部的延伸方向相邻所述折弯部中所述流道的当量直径逐渐减小。

作为所述的散热器的一种优选的技术方案，所述折弯体相对于所述本体的弯折角度为0°-90°，相邻所述折弯部之间的弯折角度为0°-90°。

作为所述的散热器的一种优选的技术方案，所述本体以及所述折弯体的外表面均设置有辐射散热材料。

另一方面，提供一种如上所述的散热器的制备方法，包括以下步骤：

S1、提供两块散热板材，并于其中至少一块所述散热板材表面设置流道管路图；

S2、将两块所述散热板材设置有流道管路图的一侧朝内设置进行组装，形成散热主体；

S3、对组装完成后形成的中空腔体进行抽真空处理；

S4、对所述中空腔体进行注液，在其中充注液体工质后将注液口封闭；

S5、对注液后的散热主体进行弯折。

作为所述的散热器的制备方法的一种优选的技术方案，所述步骤S1还包括对所述散热板材进行脱脂、水洗及烘干处理。

作为所述的散热器的制备方法的一种优选的技术方案，于所述步骤S2与S3之间还包括步骤:

S21、通过预留的吹胀口进行吹胀成型。

作为所述的散热器的制备方法的一种优选的技术方案，于所述步骤S21之后还包括步骤：

S22、在所述散热主体表面设置辐射散热涂料。

本发明的有益效果为：本方案中的散热器具有纵横交错的微通道结构，且内部充注有相变工质，传热效率远大于纯金属散热器；为了应对液体工质汽化后在远离发热源的区域热扩散动力不足的问题，本发明设计出微通道当量直径逐步递减的闭环网络结构，以提高扩散动力，增加热量传输距离和工质气液循环效率，使散热器均温性能进一步提高。另一方面，在印刷管路时，为解决弯折处管路堵塞的问题，本发明将弯折处的管路特殊设计，增大该处管路的当量直径，有效解决了微通道堵塞，工质气液循环中断的问题，提高了散热器的综合性能。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明实施例所述散热器立体结构示意图。

图2为本发明实施例所述散热器剖视示意图。

图3为本发明一实施例所述散热器展开状态内部结构示意图。

图4为本发明又一实施例所述散热器展开状态内部结构示意图。

图5为本发明再一实施例所述散热器展开状态内部结构示意图。

图中：

100、散热主体；10、本体；20、折弯体；21、第一折弯部；22、第二折弯部。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一：

如图1-图5所示，本实施例提供一种散热器，其通过整体折弯形成翼型形状，并在内部设置有当量直径递减的流道区域，从而形成能够满足复杂场景下良好散热性能的翼型散热器。

具体的，本实施例所述的散热器包括设置有密封的中空腔体的散热主体100，所述散热主体100包括相连接的本体10和折弯体20，所述本体10与所述折弯体20中的中空腔体分别形成若干流道，所述本体10中的流道与所述折弯体20中的流道相互连通并且所述本体10中的流道的当量直径大于所述折弯体20中的流道的当量直径，所述中空腔体内充注有相变工质，通过相变工质进行散热。

本方案所述的散热器结构简单，便于加工成型、应用场景广泛且传热散热效率高。

在工作过程中，本体10贴紧于发热源设置，在吸收热量前中空腔体中的相变工质呈液态，吸收热量后液态相变工质发生气化，相变后的气态工质经流道迅速扩散至整个散热器中空腔体实现匀热。

由于设置有折弯结构，散热器整体结构不会占用大量的横向空间，从而能够减小对电子元器件布局的影响；

通过将本体10与折弯体20中的流道当量直径变化设置，使得液体工质相变后向远端的热扩散能力能够得到保持，即液体工质的循环路径可延伸至整个流道覆盖范围，充分发挥整个散热器的匀热效用。

优选的，所述本体10中的流道之间以及所述折弯体20中的流道之间分别相互交错设置。通过将本体10以及折弯体20中的流道均相互交错设置能够使得液体工质在流道中的流道方向更为灵活，相变工质能够更大范围的流动提高匀热性能。

同时各个流道相互连通可以避免其仅能沿单一流道流动而导致不同流道中相变工质的流动速度不同，有些流道中相变工质的热扩散能力无法充分发挥的问题。

作为所述的散热器的一种优选的技术方案，所述折弯体20中的流道远离所述本体10的端部相互连通。使得流道结构形成闭环通道，相变工质流动到一条流道的端部后不仅可以原路返回至原始流道中，还可以进入到其他流道中，从而更充分的利用流道，平衡各个流道内部的压力。

同时，由于本方案中的流道之间均相互连通，在向流道中充注相变工质的过程中只需要根据总相变工质需求量充注相变工质即可，而无需针对每条流道单独定量的充注相变工质，可大幅度减少相变工质充注的工作量，同时由于可采用一次性整体充注，相对于单条流道充注会极大程度的减小相变工质的充注误差，可以更准确的设计散热器的散热能力，使得散热器应用更加准确，实现产品最优化利用。

作为所述散热器的一种优选的技术方案，所述折弯体20包括多个折弯部，多个所述折弯部依次相接，并由所述本体10的侧边朝外延伸，每个所述折弯部中所述流道的当量直径相同；沿多个所述折弯部的延伸方向相邻所述折弯部中所述流道的当量直径逐渐减小。

具体的，如图1、2所示，本实施例中所述折弯体20包括分别设置在所述本体10两侧的一对第一折弯部21，以及于所述第一折弯部21远离本体10的一侧的一对第二折弯部22。

本体10与发热元器件接触，第一折弯部21将散热器两翼向上展开，可以有效的避免对其他电子元器件安装的影响，同时也增大了散热器的散热面积，提高散热效率。

所述折弯体20相对于所述本体10的弯折角度为0°-90°，相邻所述折弯部之间的弯折角度为0°-90°。

本实施例中所述折弯部相对于主体的弯折角度为90°，相邻的所述折弯部之间的弯折角度为90°，即，位于主体两侧的第一弯折部分别垂直于主体，每个第二弯折部均垂直于相邻的第一弯折部。

在其他实施例中所述折弯体20相对于主体的弯折角度还可以为60°，即，位于主体两侧的第一折弯部21分别与主体之间的夹角为120°。

需要指出的是，折弯体20相对于本体10的弯折角度并不一定与相邻折弯体20之间的弯折角度相同，具体的弯折角度可以根据实际需求进行合理的设计。

在本方案中所述本体10以及所述折弯体20的外表面均设置有辐射散热材料。散热器表面进行了辐射散热材料处理，克服了铝型材导热系数高而表面辐射率低的缺点，进一步提高了散热器表面辐射散热能力，使其兼顾了传热和散热性能，同时均匀覆盖的涂料也可以增加散热器表面的抗蚀性，使用价值更高。

下面对本方案中的流道结构进行具体说明，具体的，本方案中根据界面的当量直径变化将整个流道分为若干阶次，例如本方案中本体10中的流道为初始阶次，第一折弯部21中的流道为第一阶次，第二折弯部22中的流道为第二阶次，根据散热功率P、传热距离S、散热面积A和工质冷凝温度T，确定流道的阶次数量，同一阶次内流道截面不变，而相邻阶次流道为渐进式变化，流道收缩/扩张角度不超过20°；第一阶次流道截面的当量直径D为散热功率P、传热距离S、散热面积A、工质冷凝温度T和截面变化系数θ的函数，即，D(1)＝F(P、S、A、T)；其中第n阶次D(n)＝θ*D(n-1)。

下面以包括本体10、一对第一折弯部21以及一对第二折弯部22的散热器为例对其流道结构进行举例说明：

如图3所示，在本方案的一个实施例中，所述本体10、第一折弯部21以及第二折弯部22中的流道均呈横纵交错的直线结构，即均包括若干相互垂直的横向流道以及纵向流道，本体10中的横向流道与纵向流道之间相互连通，通过横向流道连通相邻的第一折弯部21中的横向流道；第一折弯部21中的横向流道与纵向流动同样相互连通，且通过第一折弯部21中的横向流道与相邻的第二折弯部22中的横向流道连通；本实施例中第二折弯部22即为最边缘的折弯部，在第二折弯部22中的横向流道以及纵向流道远离第一折弯部21的端部之间相互连通。

本体10中的横向流道以及纵向流道的布置密度小于第一折弯部21中横向流道以及纵向流道的布置密度，第一折弯部21中横向流道以及纵向流道的布置密度小于第二折弯部22中横向流道以及纵向流道的布置密度。

如图4所示，在本方案的另一个实施例中，所述本体10、第一折弯部21以及第二折弯部22中的流道均呈六边形结构，同一阶次中的相邻六边形在顶点处实现连通，相邻阶次的六边形在任意相交位置实现连通；本实施例中第二折弯部22即为最边缘的折弯部，在第二折弯部22中远离第一折弯部21的端部的流道末端相互连通，形成闭环流道结构。

在本体10中的六边形结构流道布置密度小于第一折弯部21中六边形流道的布置密度，第一折弯部21中流道的布置密度小于第二折弯部22中流道的布置密度。

如图5所示，在本方案的的另一个实施例中，所述本体10、第一折弯部21以及第二折弯部22中的流道均呈神经网络状发散分布的结构，同一阶次的流道在相邻的节点处实现相互连通，相邻阶次的流道在边缘处交点处实现连通。

本方案从自然界汲取想法，采用神经网络式的结构，分布式的布置不同截面大小的流道，充分利用的大截面和小截面流道的优势，不仅增加了散热器内部和外部的表面积，还提升了流道的覆盖范围，显著强化了均温性能。

作为一种优选的技术方案，上述实施例中相邻阶次的流道在相接处的当量直径大于其上下游两侧阶次中流道的当量直径。

本方案中所述相变工质优选为R134a、R404a、R1234yf等，本实施例中采用R134a作为相变工质。

实施例二：

本实施例中提供了一种散热器的制备方法，包括以下步骤：

S1、裁切两块等尺寸的薄铝板，并对其进行脱脂、水洗及烘干处理；

S2、在其中一块薄铝板表面印刷流道管路图，其中印刷管路相互垂直，且管路当量直径由中部至两侧边缘位置逐步递减，弯折处的管路当量直径大于两侧流道当量直径，相邻的流道末端相互连通；

S3、上下组装两块薄铝板形成散热主体，并进行热轧、冷轧及退火处理；

S4、通过预留的吹胀口进行吹胀成型；

S5：将辐射散热涂料均匀施加于散热主体表面，施加方式采用喷涂工艺；

S6、通过抽真空装置将散热主体内部的流道抽成真空状态，通过所述吹胀口注入液体工质并封闭该入口；

S7、通过弯折工艺按90°的弯折角度将上述散热主体一次或多次弯折成翼型结构。

实施例三：

本实施例中提供了一种散热器的制备方法，包括以下步骤：

S1：裁切两块等尺寸的薄铝板，并对其进行脱脂、水洗及烘干处理；

S2：在其中一块薄铝板表面印刷管路图，其管路图为正多边形结构，且管路当量直径由中部至两侧边缘位置逐步递减，弯折处的管路当量直径大于两侧流道当量直径，相邻的流道末端相互连通；

S3：上下组装两块薄铝板形成散热主体，并进行热轧、冷轧及退火处理；

S4：通过预留的吹胀口进行吹胀成型；

S5：将辐射散热涂料均匀施加于散热主体表面，施加方式采用刷涂工艺；

S6：通过抽真空装置将散热主体内部的流道抽成真空状态，通过所述吹胀口注入液体工质并封闭该入口；

S7：通过弯折工艺按60°的弯折角度将上述传热板两次弯折成翼型结构。

实施例四：

本实施例中提供了一种散热器的制备方法，包括以下步骤：

S1：裁切两块等尺寸的薄铝板，并对其进行脱脂、水洗及烘干处理；

S2：在其中一块薄铝板表面印刷管路图，其管路图为类神经网络式结构设计，且管路当量直径由中部至两侧边缘位置逐步递减，弯折处的管路当量直径大于两侧流道当量直径，相邻的流道末端相互连通；

S3：上下组装两块薄铝板形成散热主体，并进行热轧、冷轧及退火处理；

S4：通过预留的吹胀口进行吹胀成型；

S5：将辐射散热涂料均匀施加于散热主体表面，施加方式采用喷涂工艺处理；

S6：通过抽真空装置将散热主体内部流道抽成真空状态，通过所述吹胀口注入液体工质并封闭该入口；

S7：通过弯折工艺按80°的弯折角度将上述散热主体两次弯折成翼型结构。

需要指出的是，辐射散热涂料的施加方式并不局限于上述方案，在其他实施例中还可以采用滚涂或其他设置方式设置辐射散热涂料。

使用时，将发热源贴于散热主体，流道腔体内液体工质吸收热量后发生汽化，相变后的气态工质由流道迅速扩散至整个流道腔体内部，实现匀热，再经由辐射散热涂料处理过的散热器表面与空气接触，通过对流换热以及辐射散热将热量散发掉，当气态工质在冷端液化后，随散热器最外层环形管道回流至腔体的蒸发段，继续汽化吸热，并向远端扩散后带走热量。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左、”“右”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种散热器，包括设置有密封的中空腔体的散热主体(100)，所述中空腔体内充注有相变工质，所述散热主体(100)包括相连接的本体(10)和折弯体(20)，其特征在于，所述本体(10)与所述折弯体(20)中分别设置有若干流道，所述本体(10)中的流道的当量直径大于所述折弯体(20)中的流道的当量直径；

所述本体(10)中的流道之间以及所述折弯体(20)中的流道之间分别相互交错设置。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述折弯体(20)中的流道远离所述本体(10)的端部相互连通。

3.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述折弯体(20)包括多个折弯部，多个所述折弯部依次相接，并由所述本体(10)的侧边朝外延伸，每个所述折弯部中所述流道的当量直径相同；沿多个所述折弯部的延伸方向，相邻所述折弯部中的所述流道的当量直径逐渐减小。

4.根据权利要求3所述的散热器，其特征在于，所述折弯体(20)相对于所述本体(10)的弯折角度为0°-90°，相邻所述折弯部之间的弯折角度为0°-90°。

5.根据权利要求4所述的散热器，其特征在于，所述本体(10)以及所述折弯体(20)的外表面均设置有辐射散热材料。

6.一种权利要求1至5中任意一项所述的散热器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、提供两块散热板材，并于其中至少一块所述散热板材表面设置流道管路图；

S2、将两块所述散热板材设置有流道管路图的一侧朝内设置进行组装，形成散热主体；

S3、对组装完成后形成的中空腔体进行抽真空处理；

S4、对所述中空腔体进行注液，在其中充注液体工质后将注液口封闭；

S5、对注液后的散热主体进行弯折。

7.根据权利要求6所述的散热器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1还包括对所述散热板材进行脱脂、水洗及烘干处理。

8.根据权利要求6所述的散热器的制备方法，其特征在于，于所述步骤S2与S3之间还包括步骤:

S21、通过预留的吹胀口进行吹胀成型。

9.根据权利要求8所述的散热器的制备方法，其特征在于，于所述步骤S21之后还包括步骤：

S22、在所述散热主体表面设置辐射散热涂料。

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