CN113438868A - 一种超薄散热装置及散热方法 - Google Patents

一种超薄散热装置及散热方法 Download PDF

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何霄
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Abstract

本发明公开了一种超薄散热装置及散热方法，属于电子产品散热技术领域，其中包括集热器和电磁泵，所述集热器和所述电磁泵通过散热流道首尾连接，形成闭合回路，所述集热器、电磁泵、散热流道均安装在底板上，所述底板为所述电磁泵的第一电极板。集热器直接接触发热部位，吸收发热部位热量，电磁泵驱动液态金属流过集热器内部，带走集热器所吸收的热量。本发明底板一板多用，除了具有散热作用外，还具有电磁泵电极、散热流道壁、及部件支撑板的作用，实现了系统超薄化，尤其适用于手机、平板电脑、超薄笔记本等狭小空间的散热，且本发明提供液态金属流体散热法的散热效率高，比常用的超薄热管提升73％以上。

Description

一种超薄散热装置及散热方法
技术领域
本发明是关于电子产品散热技术领域，特别是关于一种超薄散热装置及散热方法，主要应用于包括但不限于手机、平板电脑、超薄笔记本电脑等小体积电子产品的散热。
背景技术
目前最基本的散热方式有风冷、水冷、被动辐射散热，其他散热方式都是在此基础上嵌套或者组合使用。因为水冷散热体积较大无法在小空间内使用；风冷散热需要进/出风口，容易将外部灰尘带入系统内部影响系统正常运行，并且由于体积过小而散热能力有限。目前，手机、平板等的小空间内主流散热方式为被动辐射散热。
手机、平板电脑等芯片SOC散热大都是被动辐射散热，通过限制芯片的性能及功耗来减少发热，或者将热量均匀传递到手机、平板等背板上，目前大部分手机使用导热垫片传递热量，导热垫片热量传递效率有限。两种方式短时间可以达到目的，一旦使用时间超过30分钟就会出现热量聚集导致设备发烫，设备运行卡顿死机的情况。导热垫片不能满足日常的散热需求，在此基础上一些设备厂商使用超薄热管作为传热介质，其导热能力大幅优于导热垫片，所以使用超薄热管的设备可使设备发热时间延长，但该方案只是延长使用时间并不能最终解决小空间散热问题，且超薄热管导热效率只有普通热管效率的1/10，并不能起到有效散热的目的。另外一些设备采用外置散热，但外置散热器体积大、功耗高、噪音大等缺点已经完全背离手机、平板电脑等的设计初衷，严重影响使用体验。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中小体积电子产品散热困难的技术问题，提供一种体积小、散热效率高的超薄散热装置及散热方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种超薄散热装置，包括集热器和电磁泵，所述集热器和所述电磁泵通过散热流道首尾连接，形成闭合回路，所述集热器、电磁泵、散热流道均安装在底板上，所述底板为所述电磁泵的第一电极板。
在一个或多个实施方式中，所述电磁泵包括两块磁铁，所述磁铁的一侧装有第一电极板，另一侧装有第二电极板。
在一个或多个实施方式中，所述第二电极板上设有接线柱，所述底板上设有接线孔，所述接线柱穿过所述接线孔与外接线连接。
在一个或多个实施方式中，所述散热流道包括凹型盖，所述凹型盖与所述底板密封设置形成散热流道。
在一个或多个实施方式中，所述散热流道为盘管。
在一个或多个实施方式中，所述散热流道包括若干支路，所述支路并联后与所述集热器和所述电磁泵通过散热流道首尾连接，形成闭合回路。
在一个或多个实施方式中，所述散热流道内装液态金属。
一种散热方法，其特征在于，集热器直接接触发热部位，吸收发热部位热量，电磁泵驱动液态金属流过集热器内部，带走集热器所吸收的热量；当液态金属流经散热流道时将液态金属所携带的热量通过底板散发到外界，使液态金属恢复冷却；冷却后的液态金属经过电磁泵后流入集热器完成散热循环。
所述散热方法，适用上述的超薄散热装置。
与现有技术相比，本实发明达到的技术效果如下：
(1)本发明底板一板多用，除了承担散热作用外，还承担电磁泵电极、散热流道壁、及部件支撑板的作用，实现了系统超薄化，特别适用于手机、平板电脑、超薄笔记本等狭小空间的散热。
(2)本发明底板采用铜制或者镀铜材质，大大增加了散热效率，既有超薄热管的体积小、无振动、无噪音的优点，同时又具有流体散热器高散热效率的优势。本发明提供液态金属流体散热法的散热效率比超薄热管提升73％以上。
(3)发明在第二电极板(正极)上设有接线柱，便于电磁泵外部供电，实现电磁泵内部供电和外部供电双向选择。
附图说明
图1是根据本发明一实施方式的结构示意图。
图2是根据本发明一实施方式的透视结构示意图。
图3及图4是本发明一实施方式局部爆炸结构示意图。
图5是本发明一实施方式背面结构示意图。
主要附图标记说明：
1.集热器；2.电磁泵；201.第二电极板；202.磁铁；203.接线柱；204.接线孔；205.外接线；3.散热流道；301.凹型盖；4.底板。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1至图5所示，一种超薄散热装置，包括集热器1和电磁泵2，所述集热器1和所述电磁泵2通过散热流道3首尾连接，形成闭合回路。具体的，集热器1由铜制成，内部有液态金属流道，集热器1内部流道尺寸与散热流道3尺寸相同；集热器1一端与散热流道3相连，另一端与电磁泵2相连；电磁泵2另一端与散热流道3相连。所述集热器1、电磁泵2、散热流道3均通过焊接或者粘接的方式安装在底板4上。
所述散热流道3包括凹型盖301，所述凹型盖301以粘接或者焊接的方式与所述底板4密封设置形成散热流道3，散热流道3内装液态金属，凹型盖301与底板4粘接或焊接处不会泄露液态金属。进一步说，散热流道3剖面为一个凹型槽，凹型槽与底板4共同组成散热流道3，即液态金属与底板4直接接触。底板4材质为铜板或者由其他表面镀铜的材料制成，散热流道3可以是铜或者除铝之外的其他材料。
所述电磁泵2包括两块磁铁202，所述磁铁202的一侧装有第一电极板，另一侧装有第二电极板201。其中，所述底板4充当电磁泵2的第一电极板，如负极。电磁泵2通过粘接方式固定在底板4上。
所述第二电极板201上设有接线柱203，所述底板4上设有接线孔204，所述接线柱203穿过所述接线孔204与外接线205连接。根据需要，可选择电磁泵由外部供电或者由系统内部供电，
为了增加散热面积，提高散热效率，散热流道3可设计为盘管形状，或者将所述散热流道3设置若干支路，所述支路并联后与所述集热器1和所述电磁泵2通过散热流道3首尾连接，形成闭合回路。
本发明的工作原理如下：
集热器1与发热部位接触，如芯片、SOC等，通过集热器吸收芯片、SOC等所需散热部位的热量，电磁泵2驱动液态金属流过集热器1内部，带走集热器1所吸收的热量，并均匀传递给底板4，通过底板4将热量散发到外界环境中，使液态金属恢复冷却；冷却后的液态金属经过电磁泵2后流入集热器1完成散热循环。
底板4除了承担散热功能外，还起到电磁泵2负极电极的作用以及散热流道3壁的作用。该专利有超薄热管的体积小无振动无噪音的优点，同时又具有流体散热器高散热效率的优势，是未来散热领域的新趋势。
环境温度35℃条件下，采用10×10mm尺寸、15w功率陶瓷加热片作为模拟热源，对比液态金属流体散热器和超薄热管散热对比。
液态金属流体散热器底板尺寸100*60*1mm，材料为T2紫铜板，液态金属流道外壁尺寸为10×1mm。使用上述热源加热待铜板温度稳定后，铜板表面温度最高温度为75℃，且均温效果良好，最高温与最低温的温差小于20℃。
使用超薄热管作为对比，选用1mm厚、10mm宽、热导率为800W/m·K的超薄热管，按照液态金属流道排布方式排布于100×60×1mm尺寸的T2铜板上，采用相同热源加热待铜板温度稳定后，铜板表面最高温度130℃，且铜板表面最高温与最低温的温差大于30℃。
由此可知，本专利提供的液态金属流体散热系统经过试验对比在相同空间尺寸下，超薄热管散热法铜板表面最高温度为130℃，本发明提供液态金属流体散热法铜板表面最高温度为75℃，比超薄热管散热法低55℃，因此本发明提供液态金属流体散热法的散热效率比超薄热管提升73％以上，基本满足手机长时间不降频工作。
另外电磁泵的驱动特性使得整套系统无机械运行部件，所以无振动、无噪音，适合大规模推广应用。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (9)

1.一种超薄散热装置，其特征在于，包括集热器(1)和电磁泵(2)，所述集热器(1)和所述电磁泵(2)通过散热流道(3)首尾连接，形成闭合回路，所述集热器(1)、电磁泵(2)、散热流道(3)均安装在底板(4)上，所述底板(4)为所述电磁泵(2)的第一电极板。
2.根据权利要求1所述的超薄散热装置，其特征在于，所述电磁泵(2)包括两块磁铁(202)，所述磁铁(202)的一侧装有第一电极板，另一侧装有第二电极板(201)。
3.根据权利要求2所述的超薄散热装置，其特征在于，所述第二电极板(201)上设有接线柱(203)，所述底板(4)上设有接线孔(204)，所述接线柱(203)穿过所述接线孔(204)与外接线(205)连接。
4.根据权利要求1所述的超薄散热装置，其特征在于，所述散热流道(3)包括凹型盖(301)，所述凹型盖(301)与所述底板(4)密封设置形成散热流道(3)。
5.根据权利要求4所述的超薄散热装置，其特征在于，所述散热流道(3)为盘管。
6.根据权利要求4所述的超薄散热装置，其特征在于，所述散热流道(3)包括若干支路，所述支路并联后与所述集热器(1)和所述电磁泵(2)通过散热流道(3)首尾连接，形成闭合回路。
7.根据权利要求1所述的超薄散热装置，其特征在于，所述散热流道(3)内装液态金属。
8.一种散热方法，其特征在于，所述集热器(1)直接接触发热部位，吸收发热部位热量，电磁泵(2)驱动液态金属流过集热器(1)内部，带走集热器(1)所吸收的热量；当液态金属流经散热流道(3)时将液态金属所携带的热量通过底板(4)散发到外界，使液态金属恢复冷却；冷却后的液态金属经过电磁泵(2)后流入集热器(1)完成散热循环。
9.根据权利要求8所述的散热方法，适用于权利要求1-7任选一项所述的超薄散热装置。
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