CN111486733A - 一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管及成型方法 - Google Patents

一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管及成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管及成型方法，平板热管包括壳体、毛细芯及充液管；毛细芯为平板结构，上表面和下表面具有对称的凸台，凸台的分布位置根据热源位置设计；壳体将毛细芯包裹在内，并与上、下表面的凸台及毛细芯四周表面直接接触，在壳体内形成导向蒸汽流道；充液管位于壳体外，且与所述导向蒸汽流道连通；壳体、毛细芯及充液管一体成型形成平板热管。本发明可根据热源位置优化导向蒸汽流道布局，进行适应性散热设计，成型方法生产工序简单。

Description

一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管及成型方法
技术领域
本发明涉及电子设备散热技术领域，具体涉及一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管及成型方法。
背景技术
随着电子集成技术的迅速发展，电子设备中元器件逐渐向高功率、高集成方向发展。单块印制电路板可能集成多个高热耗芯片，发热芯片数量多、发热功率大，散热问题逐渐成为影响电子设备可靠性和使用寿命的关键因素。
平板热管又称蒸气腔、均热板，是一个内壁具有毛细结构的真空腔体，充入工质后，通过工质的气液相变实现热量的收集和排散，具有均温性好、热导率高、耐受热流密度高等优点。平板热管主要包含壳体、毛细结构和工质等几部分。当热量由热源传导至蒸发区时，腔体里的工质在低真空度的环境中受热后开始气化，此时吸收热能并且体积迅速膨胀；气相的工质迅速充满整个腔体，当气相工质接触到一个比较冷的区域时便会凝结，将热量排散至热沉。凝结后的工质在毛细力的作用下再回到蒸发热源处，从而保证平板热管内工质的循环流动。
传统的平板热管结构形式主要利用壳体形成密封腔体，在腔体内壁面加工沟槽或烧结多孔芯或紧贴多孔丝网作为毛细结构，中间形成空腔作为蒸汽工质的通道。然而这种平板热管存在各自的不利因素。
(1)沟槽式毛细结构虽然结构形式简单，加工方便，然后由于毛细力有限，限制了该形式平板热管在存在加速度的环境中的应用。
(2)烧结金属粉末形式的平板热管，需要先完成金属壳体、金属粉末毛细芯等不同零件的加工，然后将毛细芯复合到金属壳体的内壁上，再通过焊接完成金属壳体的密封，生产工序多，生产工艺复杂。
(3)采用丝网毛细结构与壁面贴合的方式，丝网与壳体之间接触热阻较大，容易在接触面形成较大温差，难以适应高功率的发展趋势。
同时上述平板热管不同区域结构形式一致，无法针对多芯片发热情况进行适应性性散热设计，难以根据毛细力和渗透性进行布局优化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管及成型方法，可根据热源位置优化导向蒸汽流道布局，进行适应性散热设计，成型方法生产工序简单。
本发明采取的技术方案如下：
一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，所述平板热管包括壳体、毛细芯及充液管；
所述毛细芯为平板结构，上表面和下表面具有对称的凸台，所述凸台的分布位置根据热源位置设计；所述壳体将毛细芯包裹在内，并与上、下表面的凸台及毛细芯四周表面直接接触，在壳体内形成导向蒸汽流道；所述充液管位于壳体外，且与所述导向蒸汽流道连通；所述壳体、毛细芯及充液管一体成型形成平板热管。
进一步地，所述充液管为实体结构；所述毛细芯为多孔结构，毛细芯孔隙率在0.5～0.95之间。
进一步地，所述平板热管通过选择性激光烧结方法实现一体成型。
进一步地，所述导向蒸汽流道为米字形或田字形或条形或阵列形。
进一步地，指定热源区域对应的凸台分布密集程度高于传热区域对应的凸台分布密集程度。
进一步地，所述指定热源区域对应的若干凸台共同构成方形凸台，并形成从热源中心为圆心的放射形导向蒸汽流道。
进一步地，所述毛细芯通过点阵胞元进行构型，对于指定热源区域对应的毛细芯区域，采用加密点阵方式；对于传热区域对应的毛细芯区域，采用稀疏点阵方式。
一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管成型方法，采用上述的平板热管，所述平板热管具体成型方法步骤如下：
步骤一，根据热源位置设计毛细芯凸台的分布位置；
步骤二，利用构型软件将毛细芯通过点阵胞元进行构型，并设置点阵胞元的孔隙参数；将壳体和充液管设置为实体，由此得到平板热管的三维模型；
步骤三，通过选择性激光烧结方法将平板热管的三维模型一体成型；
步骤四，清除导向蒸汽流道内的多余物，成为仅有充液管与外部连通的封闭空腔；
步骤五，通过充液管向导向蒸汽流道内灌注工质，密封充液管，完成平板热管制作。
进一步地，所述步骤二设置孔隙参数时，对于指定热源区域对应的毛细芯区域，采用加密点阵方式；对于传热区域对应的毛细芯区域，采用稀疏点阵方式。
进一步地，所述步骤三中烧结时采用的金属粉末包括铝合金粉末、不锈钢粉、钛及钛合金粉末。
有益效果：
1、本发明平板热管一体成型，消除了毛细芯毛细结构和壳体之间的接触热阻，提升了平板热管的换热性能；而且根据热源位置来设计凸台的分布位置，使得可控的导向蒸汽流道位置适应不同散热情况，根据毛细力和渗透性进行布局优化；其次，本发明的凸台结构一方面能够增加平板热管结构强度，另一方面有助于吸附在平板热管内壁的工质在上、下板之间循环放热并回流至蒸发区域；
本发明的成型方法生产工艺简单，平板热管制备过程不需要零件加工、毛细结构复合、壳体焊接等工序，大幅简化了平板热管制备的工艺流程，降低了产品的制造难度，便于制造形状复杂的三维连通毛细结构。
附图说明
图1为本发明实施例一的结构分解示意图；
图2为本发明实施例一的截面示意图；
图3为本发明实施例二的结构分解示意图；
图4为成型方法流程图；
其中，1-壳体、2-壳体上板、3-壳体下板、4-毛细芯、5-凸台、6-充液管、7-导向蒸汽流道。
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。
本实施例提供了一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，该平板热管包括壳体1、毛细芯4及充液管6。
壳体1是平板热管的承压结构，外形为平板，壳体壁为实体结构。
毛细芯4为平板结构，上表面和下表面具有对称的凸台5，根据热源位置设计凸台5的分布位置。毛细芯4为多孔结构(毛细结构)，毛细芯4孔隙率在0.5～0.95之间，提供液态工质的流通通道和液体回流的毛细力。
充液管6的管壁为实体结构，作为工质充装口。
实施例一：
如图1所示，为便于示意平板热管内部结构，将壳体1分解为壳体上板2、壳体下板3，厚度不小于0.5mm。凸台5为圆柱体，本实施例一中凸台5为阵列分布。
如图2所示，壳体1将毛细芯4包裹在内，并与上、下表面的凸台5及毛细芯4四周表面直接接触，在壳体1内形成导向蒸汽流道7，该导向蒸汽流道7呈田字形；充液管6位于壳体1外，且与导向蒸汽流道7连通。壳体1、毛细芯4及充液管6一体成型形成平板热管。
实施例二：
导向蒸汽流道7还可以为米字形或条形或阵列形，具体由凸台5布局决定。本实施例二中指定热源区域对应的凸台5分布密集程度高于传热区域对应的凸台5分布密集程度。如图3所示，指定热源区域对应的若干凸台5共同构成方形凸台5，并形成从热源中心为圆心的放射形导向蒸汽流道7，传热区域的凸台5采用圆柱体，呈阵列分布。
壳体1、毛细芯4及充液管6的相对位置及连接关系与实施例一一致。壳体1、毛细芯4及充液管6一体成型形成平板热管。
如图4所示，平板热管具体成型方法步骤如下：
步骤一，进行平板热管结构设计：确定壳体1尺寸、毛细芯4结构尺寸及充液管6尺寸，并根据热源位置设计毛细芯4凸台5的分布位置，优化导向蒸汽流道7布局。
步骤二，利用构型软件将毛细芯4通过点阵胞元进行构型，并设置点阵胞元的孔隙参数；设置孔隙参数时，对于指定热源区域对应的毛细芯4区域，采用加密点阵方式，形成小孔隙，获得较大的毛细力；对于传热区域对应的毛细芯4区域，采用稀疏点阵方式，形成大孔隙，增加毛细结构的渗透性；将壳体1和充液管6设置为实体，由此得到平板热管的三维模型。
步骤三，利用选择性激光烧结方法将平板热管的三维模型一体成型。烧结时采用的金属粉末包括铝合金粉末、不锈钢粉、钛及钛合金粉末。
步骤四，清除导向蒸汽流道7内的多余物，成为仅有充液管6与外部连通的封闭空腔。
步骤五，通过充液管6向导向蒸汽流道7内灌注工质。
步骤六，密封充液管6，完成平板热管制作。
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)

1.一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，所述平板热管包括壳体、毛细芯及充液管；
所述毛细芯为平板结构，上表面和下表面具有对称的凸台，所述凸台的分布位置根据热源位置设计；所述壳体将毛细芯包裹在内，并与上、下表面的凸台及毛细芯四周表面直接接触，在壳体内形成导向蒸汽流道；所述充液管位于壳体外，且与所述导向蒸汽流道连通；所述壳体、毛细芯及充液管一体成型形成平板热管。
2.如权利要求1所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，所述充液管为实体结构；所述毛细芯为多孔结构，毛细芯孔隙率在0.5～0.95之间。
3.如权利要求1所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，所述平板热管通过选择性激光烧结方法实现一体成型。
4.如权利要求1所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，所述导向蒸汽流道为米字形或田字形或条形或阵列形。
5.如权利要求1所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，指定热源区域对应的凸台分布密集程度高于传热区域对应的凸台分布密集程度。
6.如权利要求5所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，所述指定热源区域对应的若干凸台共同构成方形凸台，并形成从热源中心为圆心的放射形导向蒸汽流道。
7.如权利要求3所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管，其特征在于，所述毛细芯通过点阵胞元进行构型，对于指定热源区域对应的毛细芯区域，采用加密点阵方式；对于传热区域对应的毛细芯区域，采用稀疏点阵方式。
8.一种基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管成型方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的平板热管，所述平板热管具体成型方法步骤如下：
步骤一，根据热源位置设计毛细芯凸台的分布位置；
步骤二，利用构型软件将毛细芯通过点阵胞元进行构型，并设置点阵胞元的孔隙参数；将壳体和充液管设置为实体，由此得到平板热管的三维模型；
步骤三，通过选择性激光烧结方法将平板热管的三维模型一体成型；
步骤四，清除导向蒸汽流道内的多余物，成为仅有充液管与外部连通的封闭空腔；
步骤五，通过充液管向导向蒸汽流道内灌注工质，密封充液管，完成平板热管制作。
9.如权利要求8所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管成型方法，其特征在于，所述步骤二设置孔隙参数时，对于指定热源区域对应的毛细芯区域，采用加密点阵方式；对于传热区域对应的毛细芯区域，采用稀疏点阵方式。
10.如权利要求8所述的基于流道可控设计的芯壳一体式平板热管成型方法，其特征在于，所述步骤三中烧结时采用的金属粉末包括铝合金粉末、不锈钢粉、钛及钛合金粉末。
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