CN114554679B - 一种散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及散热技术领域，尤其涉及一种散热装置。该装置包括蒸汽腔；蒸汽腔的密闭腔体内设置有毛细结构、多个导流柱和导流板；导流板呈上宽下窄的漏斗形，将密闭腔体分割为上导流区和下导流区；多个导流柱的上端设置于蒸汽腔的顶面且位于上导流区内，用于将上导流区内冷凝的液体导流至导流板；毛细结构至少设置于蒸汽腔的内底面且位于下导流区内，用于对下导流区内冷凝的液体进行回流；导流板的漏斗口的投影区域与热源所在区域具有重叠关系。借助重力作用，导流板将在上导流区冷凝的液体直接导流至热源处。导流柱加快将冷凝的液体导流至导流板的速度。通过毛细结构和导流板、导流柱的同时作用，加快了液体回流至热源区域的速度。

Description

一种散热装置

技术领域

本发明实施例涉及散热技术领域，尤其涉及一种散热装置。

背景技术

在目前的电子设备散热设计中，针对高功耗芯片，主要采用VC(vapor chamber，蒸汽腔)散热器进行散热。VC散热器内部填充有液体，工作时，液体在热源处吸热，然后蒸发变为蒸汽，蒸汽在冷凝处放热，热量由VC壳体和翅片传递到空气中；蒸汽放热后变为液体，由VC毛细结构产生的毛细力将液体抽回热源处。VC的散热有毛细力极限和沸腾极限等散热限制，一般毛细力极限小于沸腾极限，因此毛细力极限是散热的瓶颈。在热流密度足够大时，如果VC毛细力不足，则液体不能及时回到热源处，热源处就容易发生液体蒸干现象，导致VC热阻变大，严重影响芯片散热。

综上，提供一种散热装置，用于提高液体回流至热源处的速度，提高散热效率和散热能力。

发明内容

本发明实施例提供一种散热装置，用于提高液体回流至热源处的速度，提高散热效率和散热能力。

第一方面，本发明实施例提供一种散热装置，包括蒸汽腔；所述蒸汽腔的密闭腔体内设置有毛细结构、多个导流柱和导流板；所述密闭腔体内盛有液体；所述蒸汽腔的底面为与热源接触的面；

所述导流板呈上宽下窄的漏斗形，将所述密闭腔体分割为上导流区和下导流区；

所述多个导流柱的上端设置于所述蒸汽腔的顶面且位于所述上导流区内，用于将所述上导流区内冷凝的液体导流至所述导流板；

所述毛细结构至少设置于所述蒸汽腔的内底面且位于所述下导流区内，用于对所述下导流区内冷凝的液体进行回流；

所述导流板的漏斗口的投影区域与热源所在区域具有重叠关系。

毛细结构至少设置于所述蒸汽腔的内底面且位于所述下导流区内，而底面为与热源接触的面，那么在底面的毛细结构可以通过毛细力将冷凝后的液体抽回至热源处。与此同时，设置漏斗形的导流板，导流板将所述密闭腔体分割为上导流区和下导流区，导流板的漏斗口的投影区域与热源所在区域具有重叠关系，那么借助重力作用，导流板就可将在上导流区冷凝的液体直接导流至热源处。在蒸汽腔的顶面设置导流柱，导流柱可以加快将冷凝的液体导流至导流板的速度。如此，通过毛细结构和导流板、导流柱的同时作用，加快了液体回流至热源区域的速度，从而增强了散热装置的散热效果。

可选地，还包括：设置于所述蒸汽腔外部的第一侧面和顶面的一个或多个热管；所述蒸汽腔的外部的第二侧面用于朝向外部风源；所述第一侧面为所述蒸汽腔中除所述第二侧面之外的侧面。

在壳体外部安装热管，可以增加导热面积，加快蒸汽在蒸汽腔中的冷凝速率，提高散热效果。

可选地，还包括：设置于热管上的一个或多个翅片。

在壳体外部安装热管，在热管的基础上安装翅片，可以进一步增加导热面积，加快蒸汽在蒸汽腔中的冷凝速率，提高散热效果。

可选地，所述导流板上分布有通气孔；所述通气孔用于所述液体在气态时进入所述上导流区。

在导流板上设置孔结构，可以使蒸发的蒸汽通过这些孔和/或漏斗口进入上导流区，尽可能多的蒸汽进入上导流区冷凝，通过导流柱和导流板的导流作用，尽快回流至热源处，加快了回流速率，提高了散热效果。

可选地，通气孔的直径为1-3mm，所述导流板上分布的通气孔的密度大于预设阈值。

密度大于预设阈值，且通气孔的直径较小，可以加快蒸汽的上升速率，同时又可以尽量避免上导流区冷凝后的液体通过通气孔下落至蒸汽腔的底面。

可选地，所述导流板采用疏水性材料制成。

可以加快冷凝后的液体在导流板上的流动速率，加快液体回流至热源处，提高散热效果。

可选地，所述下导流区的各内侧壁及所述内底面均设置有所述毛细结构。

如此，下导流区的内表面均设置有毛细结构，提高了液体在侧壁上的流动速度，提高了液体回流至热源区域的速度。

可选地，所述上导流区和所述下导流区的比例是根据热源的热耗大小和外部风源的风力大小确定的。

根据热源的热耗大小和外部风源的风力大小确定上导流区和所述下导流区的比例，实现成本与散热效果的平衡。

可选地，所述热源的热耗越大，所述上导流区和所述下导流区的比例越大；

所述外部风源的风力越大，所述上导流区和所述下导流区的比例越小。

可选地，所述多个导流柱的下端设置于所述导流板上；所述多个导流柱均匀间隔设置且所述多个导流柱具有冷凝液体的作用。

这样导流柱兼具冷凝作用与导流作用。导流柱均匀间隔设置可以提高导流效果，加快导流速率。

可选地，所述密闭腔体内气压低于标准大气压，所述密闭腔体内的液体为水。

可以使水在较低温度下沸腾，加快沸腾速度，提高散热效率和散热能力。

第二方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括上述所列的散热装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图；

图5a为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图；

图5b为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种可能的导流板上分布的通气孔的示意图；

图7为本发明实施例提供的一种可能的上导流区和下导流区的划分示意图；

图8为本发明实施例提供的一种可能的散热装置的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本申请描述的示例性实施例，本领域普通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，都属于本申请所附权利要求保护的范围。此外，虽然本申请中公开内容按照示范性一个或几个实例来介绍，但应理解，可以就这些公开内容的各个方面也可以单独构成一个完整实施方式。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明(Unless otherwise indicated)。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换，例如能够根据本申请实施例图示或描述中给出那些以外的顺序实施。

此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

图1示例性的示出了本发明实施例提供的一种可能的散热装置，该散热装置包括VC壳体、VC壳体内的毛细结构、VC壳体内的铜柱和安装在VC壳体外的翅片。VC壳体和翅片由导热性能较好的金属材料制成。风源设置在与该散热装置相距一定距离的区域处，用以向VC壳体吹风，从而降低VC壳体的表面温度，例如在图1的散热装置的前面设置有风源，风吹向VC壳体的表面和翅片的表面，翅片用于增加导热面积。

铜柱的上端固定在壳体的顶面，下端固定在壳体的底面。在VC壳体的内壁设置有毛细结构，铜柱壁上设置有毛细结构。毛细结构为多孔泡沫金属、金属丝网和/或烧结金属粉末，用以对液体实施毛细作用以促使液体回流至较多液体被蒸发的区域，即正对热源的区域。VC壳体内部形成一个密闭腔体，即蒸汽腔，蒸汽腔内盛有适量液体。蒸汽腔的底面为与热源接触的面。该散热装置置于热源的上部，热源可以为多种热耗设备，例如图1中示例的置于PCB板上的芯片。芯片与该散热装置之间设置有导热垫。

当热源释放热量时，蒸汽腔的底面的液体吸热，蒸发为蒸汽，蒸汽上升，在VC壳体处冷凝放热。热量由VC壳体和翅片传递到空气中。蒸汽放热后变为液体，由壳体内壁和铜柱壁上的毛细结构产生的毛细力将液体抽回热源处。VC的散热有毛细力极限和沸腾极限等散热限制，一般毛细力极限小于沸腾极限，因此毛细力极限是散热的瓶颈。在热流密度足够大时，如果毛细力不足，则液体不能及时回到蒸发区，蒸发区就容易发生液体蒸干现象，导致VC热阻变大，严重影响芯片散热。

在上述方案中，完全依赖毛细结构产生的毛细力进行液体的回流，若芯片热耗过高或外部风源的风力太小，散热装置内的热流密度就会很大，超过了毛细极限，不能满足散热需求。

本发明实施例还提供一种可能的散热装置，对VC内部结构进行改进，在VC内部创建出一个利用重力的回水路径，这样VC内部冷凝水返回热源处有两个并行的路径，即利用毛细力回水和利用重力回水。利用重力回水就可弥补毛细力的不足，解决了VC毛细力不足导致散热效果差的问题。

该散热装置包括蒸汽腔VC，蒸汽腔为一个密闭腔体，由密闭的VC壳体包围形成，蒸汽腔内设置有毛细结构、多个导流柱和导流板；蒸汽腔内盛有液体；所述蒸汽腔的底面为与热源接触的面。

导流板呈上宽下窄的漏斗形，将所述密闭腔体分割为上导流区和下导流区。导流板的漏斗口的投影区域与热源所在区域具有重叠关系。该漏斗形的导流板可以具有漏斗颈，也可不具有漏斗颈，若具有漏斗颈，则漏斗颈的出液口对准热源所在区域，若不具有漏斗颈，则同样的，出液口对准热源所在区域，如此，在上导流区冷凝的液体可下落至导流板继而通过导流板的漏斗口下落至热源所在区域。如图2所示，示出了一种不具有漏斗颈的导流板。

导流板与壳体的连接位置可以如图2所示，导流板与壳体的4个内侧面连接，也可如图3所示，导流板与壳体的顶面连接。不同的连接位置导致上导流区和下导流区的大小不同，本领域技术人员可以根据需要进行调节。

多个导流柱的上端设置于所述蒸汽腔的顶面且位于所述上导流区内，用于将所述上导流区内冷凝的液体导流至所述导流板。蒸汽在顶面冷凝成为液体，若液滴较小，依靠自身重力不能很快下落，当液滴积聚越来越大时才能依靠自身重力下落。设置了导流柱后，液滴可以顺着导流柱下落至导流板，提高了液体下落至导流板的速度。

可以想到的是，当导流板与壳体的4个内侧面连接时，导流柱为顶面上冷凝的液体起到了导流作用，可以将VC的顶面上冷凝的液体快速导流至导流板；而上导流区的内侧面实际上对在上导流区的内侧面上冷凝的液体起到了导流作用，可以将VC的上导流区的内侧面上冷凝的液体快速导流至导流板。如此，整个上导流区的冷凝液体都可快速导流至导流板。

毛细结构至少设置于所述蒸汽腔的内底面且位于所述下导流区内，用于对所述下导流区内冷凝的液体进行回流。毛细结构可以不遍布整个下导流区的内表面，而是仅仅设置在蒸汽腔的底面上，如图2所示意的；或者设置在底面上和一部分的下导流区的内侧面上，如图3所示意的，对此不作限制。

若毛细结构仅设置于蒸汽腔的底面上，则下导流区的内侧面上的冷凝液体依靠重力作用下落至底面上，底面上的毛细结构可以通过毛细力将底面上的液体回流至液体较少的区域，该液体较少的区域之所以液体较少，是由于这部分区域的液体较多地被蒸发为蒸汽。

若毛细结构设置在底面上和一部分的下导流区的内侧面上，则不设置毛细结构的那部分内侧面上的冷凝液体依靠重力作用下落至底面上，设置毛细结构的那部分内侧面上的冷凝液体依靠重力和毛细结构的毛细力的双重作用下落至底面上，从而加快了冷凝液体的下落速度。同样的，底面上的毛细结构可以通过毛细力将底面上的液体回流至液体较少的区域。

因而可以看出，当在整个下导流区的内表面遍布毛细结构时，也就是在下导流区的各内侧壁及所述内底面均设置有毛细结构时，液体的回流速度更快，可以获得更好的散热效果，相应的，毛细结构的增多也会带来成本的增加，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

毛细结构至少设置于所述蒸汽腔的内底面且位于所述下导流区内，而底面为与热源接触的面，那么在底面的毛细结构可以通过毛细力将冷凝后的液体抽回至热源处。与此同时，设置漏斗形的导流板，导流板将所述密闭腔体分割为上导流区和下导流区，导流板的漏斗口的投影区域与热源所在区域具有重叠关系，那么借助重力作用，导流板就可将在上导流区冷凝的液体直接导流至热源处。在蒸汽腔的顶面设置导流柱，导流柱可以加快将冷凝的液体导流至导流板的速度。如此，通过毛细结构和导流板、导流柱的同时作用，加快了液体回流至热源区域的速度，从而增强了散热装置的散热效果。

可选地，该散热装置还包括设置于所述蒸汽腔的外部的第一侧面和顶面的一个或多个热管；所述蒸汽腔的外部的第二侧面用于朝向外部风源。所述第一侧面为所述蒸汽腔中除所述第二侧面之外的侧面。

举个例子，若外部风源置于该散热装置的前方，风向为从前向后吹，则该散热装置的前侧面为第二侧面，朝向外部风源；该散热装置的左侧面和/或右侧面为第一侧面。图4示出了一种可能的散热装置的示意图，在该散热装置的左右两侧面和顶面上安装多个热管。在该散热装置的左侧面和右侧面安装的热管垂直于左侧面或右侧面，在该散热装置的顶面安装的热管也垂直于左侧面或右侧面。

可选地，可以设置多个外部风源置于该散热装置的第二侧面，例如，在该散热装置的前方和后方均设置外部风源，则该散热装置的前侧面和后侧面为第二侧面，朝向外部风源；该散热装置的左侧面和/或右侧面为第一侧面。以上仅为示例，对此不作限制。

热管为导热性能良好的材料制成，例如，铜、铝等。在壳体外部安装热管，可以增加导热面积，加快蒸汽在蒸汽腔中的冷凝速率，提高散热效果。

可选地，该散热装置还包括设置于热管上的一个或多个翅片。

可选地，翅片可以垂直于热管安装，也可以与热管成一定角度安装。若平行于热管安装，则来自外部风源的风会略微流通不畅，散热效果一般。若翅片垂直于热管安装，由于热管垂直于第一侧面，因此第一侧面和翅片平行，如此，外部风源的风向也平行于翅片，风在翅片之间流动，可以较快地带走热量，提高冷凝效果。

图5a示出了一种可能的散热装置的示意图，翅片垂直于热管安装，图5b示出了该散热装置的A-A向的剖视图，结合图5a和图5b，可以看出翅片的具体安装效果。

翅片由导热性能良好的材料制成，例如，铜、铝等。在壳体外部安装热管，在热管的基础上安装翅片，可以进一步增加导热面积，加快蒸汽在蒸汽腔中的冷凝速率，提高散热效果。

可选地，导流板由疏水材料制成，可以加快冷凝后的液体在导流板上的流动速率，加快液体回流至热源处，提高散热效果。

可选地，导流板上分布有通气孔；所述通气孔用于所述液体在气态时进入所述上导流区。

图6示出了一种可能的导流板上分布的通气孔的示意图。若不在导流板上设置通气孔，那么在下导流区蒸发的蒸汽仅可通过导流板的漏斗口进入上导流区进行冷凝，所以能够进入上导流区的蒸汽只有一少部分，大部分的蒸汽还是在下导流区冷凝。而在导流板上设置孔结构，可以使蒸发的蒸汽通过这些孔和/或漏斗口进入上导流区，尽可能多的蒸汽进入上导流区冷凝，通过导流柱和导流板的导流作用，尽快回流至热源处，加快了回流速率，提高了散热效果。

可选地，通气孔的直径为1-3mm，所述导流板上分布的通气孔的密度大于预设阈值。通气孔的直径太小的话，蒸汽进入上导流区的速率会受到限制，不利于散热效果的提高；而通气孔的直径太大的话，在上导流区冷凝的液体容易直接通过通气孔下落至底面，而不是顺着导流板通过漏斗口下落至热源处。液体下落至底面而不是热源处的话，还是要通过底面的毛细结构进行液体的回流，将液体回流至热源处，回流效果偏慢。所以，如果通气孔的直径太大，虽然液体回流的速度相较于没有通气孔来说还是增加了的，但是相较于设置直径较小的通气孔来说，回流速度有所减慢。

通气孔的密度大于预设阈值，方能起到加快蒸汽上升至上导流区的效果，本领域技术人员可以根据需要设置通气孔的大小和密度。

可选地，所述上导流区和所述下导流区的比例是根据热源的热耗大小和外部风源的风力大小确定的。

图7示出了一种可能的上导流区和下导流区的划分示意图，黑色虚线以内为上导流区，黑色虚线以外的蒸汽腔的部分为下导流区。上导流区利用液体的重力作用，将液体直接导流至热源处；下导流区利用毛细结构和/或重力作用(侧壁上不存在毛细结构的区域仅依靠液体重力作用，侧壁上存在毛细结构的区域依靠液体重力和毛细结构的毛细力，底面上依靠毛细结构的毛细力)，将液体回流至热源处。

可以看出，上导流区的回流速率更快，若设置上导流区的区域占比更高，会加快回流速率。因此，若热源的热耗太高，液体蒸发较快，可以适当提高上导流区的比例；若外部风源的风力太大，则散热装置的冷凝效果较好，可以适当降低上导流区的比例。本领域技术人员可以根据需要自行设计。

可选地，多个导流柱的下端设置于所述导流板上；所述多个导流柱均匀间隔设置且所述多个导流柱具有冷凝液体的作用。

导流柱的下端可以不与导流板接触，但是这样的话导流效果相对较差。若导流柱的下端与导流板接触，可以更好地起到导流作用，将顶面的液体通过导流柱导流至导流板上，从而通过导流板的漏斗口直接下落至热源处。

多个导流柱均匀间隔设置且所述多个导流柱具有冷凝液体的作用，导流柱可以采用导热性能好的材料，例如铜、铝等材料，这样导流柱兼具冷凝作用与导流作用。导流柱均匀间隔设置可以提高导流效果，加快导流速率。

可选地，密闭腔体中可以为各种沸点较低的液体，例如水、氟利昂等，若内置液体为水，则密闭腔体内气压低于标准大气压，这样的话水可以在低于100℃时沸腾；若内置液体为氟利昂，则密闭腔体内气压高于标准大气压，这样的话氟利昂可以在密闭腔体内先以液体的形式存在，达到沸点后再蒸发为蒸汽。

下面通过具体的例子对本发明实施例提供的散热装置做整体性说明。

如图8所示意的散热装置，蒸汽腔中的水在沸腾后变为水蒸汽上升，一部分通过导流板上的通气孔和导流板的漏斗口进入上导流区，一部分在下导流区的内侧壁上冷凝。

上导流区中的水蒸汽若在上导流区的顶面上冷凝后形成水，则通过导流柱的导流作用流至导流板；若在上导流区的侧面上冷凝后形成水，则通过自身重力和侧面的导流作用流至导流板。在导流板的导流作用下通过漏斗口下落至热源处，实现了热源处液体的及时回收。

在下导流区的内侧壁上冷凝后形成的水通过毛细结构和/或重力作用下落至底面，底面上的液体受毛细结构的毛细力作用，回流至热源处。

可以发现，本发明实施例提供的散热装置通过重力和毛细力的同时作用，实现了液体的快速回流，提高了散热效果。重力作用导致液体的回流和毛细力作用导致液体的回流之间，这二者是并行的，而非串行。如此能够极大地提高液体的回流速率。

本发明实施例提供一种电子设备，包括上述所列的散热装置。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种散热装置，其特征在于，包括蒸汽腔，所述蒸汽腔由密闭的蒸汽腔壳体包围形成；所述蒸汽腔的密闭腔体内设置有毛细结构、多个导流柱和导流板；所述密闭腔体内盛有液体；所述蒸汽腔的底面为与热源接触的面；

所述导流板呈上宽下窄的漏斗形，将所述密闭腔体分割为上导流区和下导流区，所述导流板与壳体的四个内侧面连接，或者与所述壳体的顶面连接，不同的连接位置导致所述上导流区和所述下导流区的大小不同；

所述上导流区和所述下导流区的比例是根据热源的热耗大小和外部风源的风力大小确定的；

所述导流板的漏斗口的投影区域与热源所在区域具有重叠关系；

所述导流板上分布有通气孔，所述通气孔用于所述液体在气态时进入所述上导流区，所述通气孔的直径为1-3mm，所述通气孔的分布密度大于预设阈值；

所述多个导流柱的上端设置于所述蒸汽腔的顶面且位于所述上导流区内，用于将所述上导流区内冷凝的液体导流至所述导流板；

所述毛细结构至少设置于所述蒸汽腔的内底面且位于所述下导流区内，用于对所述下导流区内冷凝的液体进行回流。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：设置于所述蒸汽腔外部的第一侧面和顶面的一个或多个热管；所述蒸汽腔的外部的第二侧面用于朝向外部风源；所述第一侧面为所述蒸汽腔中除所述第二侧面之外的侧面。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：设置于热管上的一个或多个翅片。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导流板采用疏水性材料制成。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述下导流区的各内侧壁及所述内底面均设置有所述毛细结构。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个导流柱的下端设置于所述导流板上；所述多个导流柱均匀间隔设置且所述多个导流柱具有冷凝液体的作用。

7.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的散热装置。