CN114867244A - 基于相变抑制板的散热器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于相变抑制板的散热器及电子设备，散热器包括：散热基板、相变抑制板、散热翅片及散热管路，相变抑制板包括连接根部和传热主体部，且二者之间具有预设夹角。本发明对相变抑制板结构进行改变，使得冷却空气水平流过散热翅片表面而带走热量，便于相变抑制板内工作液体回流到受热的翅根位置处，实现散热冷却；相变抑制板上的翅片，使单个相变抑制板的外表面积增加，同样散热能力下相变抑制板数量减少，成本降低；相变抑制板快速导热特性，使单个相变抑制板翅片的翅片散热效率提高，散热能力增大；电子设备在不增加设备体积和重量的情况下，其散热效率和散热均匀性可以得到极大改善，有利于延长设备使用寿命和提高设备性能。

Description

基于相变抑制板的散热器及电子设备

技术领域

本发明属于散热技术领域，特别是涉及一种基于相变抑制板的散热器及电子设备。

背景技术

随着集成电路的发展，大功率IGBT器件对散热的要求越来越高，传统的铝型材散热器已无法满足散热要求，需要一种更高效的散热器来解决IGBT器件的散热需求。另外，5G通讯技术的快速发展，功率元器件的集成度越来越高，功率密度也越来越大，加上产品的小型化、轻量化、高热流密度和器件均温等众多要求，现有的全铝片插齿散热器或压铸散热器体积大、比较笨重，存在散热不均和散热效率不高的缺点，已无法满足5G通讯基站设备的散热要求。

其中，热超导翅片散热器是用热超导传热板作为散热翅片而组成的散热器，主要由散热器基板、设置在散热器基板上的多个热超导传热板组成，热源设置在散热器基板的另一平面上。热源的热量通过基板传导至多个散热翅片，再通过散热翅片将热量散发到周围环境中。由于热超导传热板为薄板结构，导热速率快、体积小、重量轻、翅片效率高，且翅片效率不随翅片的高度而变化，因此在5G基站设备散热上得到大量应用。

因此，如何提供一种基于相变抑制板的散热器及电子设备，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于相变抑制板的散热器及电子设备，用于解决现有技术中难以有效实现大功率发热元件的散热等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于相变抑制板的散热器，所述散热器包括：

散热基板；

相变抑制板，包括连接根部及传热主体部，所述连接根部设置在所述散热基板上，所述传热主体部具有第一面和第二面，所述连接根部与所述传热主体部之间具有预设夹角；

散热翅片，位于所述传热主体部的所述第一面；

散热管路，位于所述传热主体部的所述第二面，所述散热管路内填充有传热工质。

可选地，所述连接根部垂直所述散热基板设置，以使得所述传热主体部相对于所述散热基板倾斜设置。

可选地，所述散热器包括若干个间隔排布的所述相变抑制板，所述散热基板包括若干个与所述相变抑制板对应的凹槽，其中，所述连接根部插设于所述凹槽中，实现所述连接根部与所述散热基板的垂直设置。

可选地，所述连接根部与所述散热基板之间的结合的方式为导热胶固化、机械挤压及焊接中的任意一种。

可选地，所述散热器还包括辅助管路，所述辅助管路设置在所述连接根部表面，且与所述散热管路相连通。

可选地，所述散热管路的形状为六边形蜂窝状、纵横交错的网状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形及圆环形中的任意一种或上述形状中多种形成的组合。

可选地，所述散热管路的管路宽介于3mm-8mm之间，所述散热管路的高度介于0.5mm-1.5mm之间。

可选地，所述散热翅片的排布方式为波折形齿状排列，包括若干个翅片单元，其中，相邻所述翅片单元之间的间距介于2mm-5mm之间，所述翅片单元的高度介于5mm-30mm之间，厚度介于0.2mm-1mm之间。

可选地，所述预设角度介于3°-75°之间。

另外，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上述方案中任意一项所述的基于相变抑制板的散热器及发热元件，所述发热元件设置在所述散热基板上。

相较于现有技术，本发明的基于相变抑制板的散热器及电子设备，通过对相变抑制板结构进行改变，使得相变抑制板翅片根部位置较低，顶部位置较高，从而使得冷却空气水平流过(从前往后或从左往右)散热翅片表面而带走热量，便于相变抑制板内工作液体回流到受热的翅根位置处，实现散热冷却的目的；相变抑制板上焊接波折的翅片，使得单个相变抑制板的外表面积增加，同样散热能力下，整个散热器用的相变抑制板数量减少，成本降低；相变抑制板快速导热特性，使单个相变抑制板翅片的翅片散热效率提高，散热能力增大。本发明的电子设备，在不增加设备体积和重量的情况下，其散热效率和散热均匀性可以得到极大改善，有利于延长设备使用寿命和提高设备性能。

附图说明

图1显示为本发明一示例中相变抑制板的结构示意图。

图2显示为本发明一示例中相变抑制板表面的散热管路的结构示意图。

图3显示为本发明一示例带有散热翅片的相变抑制板设置在散热基板上的示意图。

图4显示为本发明一示例中散热管路的截面结构示意图。

图5显示为本发明一示例带有散热翅片的相变抑制板设置在散热基板上的立体图。

元件标号说明

100 散热基板

101 凹槽

200 相变抑制板

200a 第一面

200b 第二面

201 连接根部

202 传热主体部

300 散热翅片

301 翅片单元

400 散热管路

401 第一板材

402 第二板材

500 传热工质

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。另外，本发明中使用的“介于……之间”包括两个端点值。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1-5所示，本发明提供一种基于相变抑制板的散热器，所述散热器包括：散热基板100、相变抑制板200、散热翅片300以及散热管路400。其中，图5显示为本发明的散热器结构的一种示例的立体图。通过本发明的设计，对相变抑制板200的结构进行设计，并结合散热翅片300及散热管路400，可以在同样散热能力下，整个散热器用的相变抑制板数量减少，成本降低，使单个相变抑制板翅片的翅片散热效率提高，散热能力增大。特别适用大于大功率发热元件的散热，如适用于IGBT散热。

如图1所示，所示散热基板100用于安装需要散热的发热元件，所示相变抑制板200设置在所述散热基板100上，以实现所述发热元件的散热。

在一示例中，所述散热器基板100具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述第一表面上自下而上设置有多个放置发热元件的安装区域，不同的安装区域安装的发热元件的类型可以相同或不同，可以依据实际情况设定。所述相变抑制板200设置在所述第二表面。在一示例中，所述第一表面和所述第二表面均为平面。

在另一示例中，所述散热基板100内埋设有烧结芯热管(图中未示出)，所述烧结芯热管为由一定目数的金属粉末烧结在一金属管的内壁上而形成的与管壁一体的烧结粉末管芯，烧结于金属管内部上的金属粉末形成吸液芯毛细结构，使得所述烧结芯热管具有较高的毛细抽吸力，使所述烧结芯热管的导热方向不受重力的影响，且烧结吸液芯毛细结构强化了蒸发吸热和冷凝放热，大大提高了热管的导热能力和传输功率，使得所述烧结芯热管具有较大的轴向当量导热系数(是铜的几百倍到上千倍)。当然，可以采用本领域的其他散热器基板。

在所述散热器基板内埋设所述烧结芯热管，可以使得设置于所述散热器基板表面的发热元件产生的热量快速扩散至所述散热器基板的其他位置，使得所述散热器基板上的热分布比较均匀，可以有效地提高所述热超导散热器的散热效率和散热能力。位于所述散热器基板表面的热源(发热元件)工作时产生的热量经由所述烧结芯热管迅速传导至整个所述散热器基板，所述散热器基板将热量快速传导至各所述热超导散热板，经所述热超导散热板完成散热。

如图2所示，所述相变抑制板200包括连接根部201及传热主体部202，所述连接根部201设置在所述散热基板100上，所述传热主体部202具有第一面200a和第二面200b，所述连接根部201与所述传热主体部202之间具有预设夹角a。

具体的，本发明中，所述相变抑制板200包括相互之间具有角度的连接根部201及传热主体部202，二者之间的预设角度如图2所示，即，将所述连接根部201延伸后与所述传热主体部202之间形成的锐角。在一示例中，所述连接根部201与传热主体部202相连且弯折形成所述预设角度。例如，可以是二者一体成型过程中基于模具形成所述弯折。

作为示例，所述预设角度介于3°-75°之间，例如，可以是5°、10°、20°、50°。

其中，因为散热器是垂直安装使用，风是水平进出风，PCI板根部折弯一定角度来保证PCI翅片的翅顶位置高于翅根的位置，便于PCI板内工作液体回流到受热的翅根位置处。

另外，所述连接根部201可以是插设在所述散热基板100中，在一示例中，所述连接根部201垂直所述散热基板100的表面设置，使得所述传热主体部202相对于所述散热基板100的表面倾斜设置，参见图1所示，其中，这里的表面可以是与安装的发热元件相对的平面。

在一具体示例中，所述散热器包括若干个间隔排布的所述相变抑制板200，所述散热基板100包括若干个与所述相变抑制板200对应的凹槽101，所述连接根部201插设于所述凹槽101中实现所述连接根部201与所述散热基板100的垂直设置。例如，所述凹槽呈条状设置，所述连接根部201呈平板状设置，平板状连接根部的板面与相接触的散热基板的表面(平面)相互垂直。可以认为多个相变抑制板200在横向上平行间隔设置于所述散热器基板100的第二表面上，且各所述连接根部201沿纵向延伸，所述横向与所述纵向相互垂直。

作为示例，所述连接根部201与所述散热基板100之间的结合的方式为导热胶固化、机械挤压及焊接中的任意一种，上述结合方式实现结合的同时形成所述凹槽，也就是说，所述凹槽可以是形成在散热基板中的凹陷构成的凹槽，还可以是本示例的方式形成在散热基板上的凹槽。

其中，所述相变抑制板200可以通过热传导技术实现发热元件的有效传热。热超导传热技术，包括在密闭的相互连通的微槽道系统(所述散热管路400)内充装工作介质，通过工作介质的蒸发与冷凝相变实现热超导传热的相变传热技术；及通过控制密闭体系中工作介质微结构状态，即在传热过程中，液态介质的沸腾(或气态介质的冷凝)被抑制，并在此基础上达到工质微结构的一致性，而实现高效传热的相变抑制(PCI)传热技术。由于热超导技术的快速导热特性，其当量导热系数可达4000W/m℃以上，可实现整个热超导散热板的均温。

参见图1和2所示，本发明的所述散热器还包括散热翅片300，增加散热面积，其设置在所述传热主体部201的所述第一面。所述散热翅片300的材料包括但不限于铝材。另外，所述散热翅片300可以通过焊接的方式形成在所述相变抑制板200上，可以是单面焊接的方式，当然，也可以是双面焊接的方式，当双面焊接时，在一示例中，另一面可以焊接在散热管路周围的无管路区域，当然，在其他示例中，也可以焊接在散热管路的外壁。单个PCI板(相变抑制板200)，焊接波折翅片与不焊相比较，与空气接触的换热面积成倍增加。

作为示例，所述散热翅片300的排布方式为波折形齿状排列，包括若干个翅片单元301，数量以实际选择。其中，相邻所述翅片单元301之间的间距w介于2-5mm之间，例如，可以为3mm、4mm，所述翅片单元301的高度d介于5-30mm之间，例如，可以为10mm、20mm，厚度s介于0.2-1mm之间，例如，可以为0.5mm、0.8mm。当然，翅片还可以是错列式翅片。

另外，所述散热翅片的形状无限制，可以是U形、方形、V形、S形、错流形等，焊接在PCI平面上。散热翅片结合在相变抑制板上形成复合翅片的相变抑制板组合结构。

参见图2和3所示，本发明的所述散热器还包括封闭的散热管路400，设置在所述传热主体部202的所述第二面，所述第二面可以是与所述第一面相对的表面，所述散热管路400内填充有传热工质500，实现热量传递，所述传热工质的量可以依据实际设计。作为示例，所述传热工质500为流体，优选地，所述传热工质500可以为气体或液体或气体与液体的混合物，更为优选地，本实施例中，所述传热工质500为液体与气体的混合物。

作为示例，所述散热管路400的形状为六边形蜂窝状、纵横交错的网状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形及圆环形中的任意一种，也可以是上述形状中的两种或者两种以上形状形成的组合。在本实施例中，采用六边形蜂窝状。

作为示例，所述散热管路400的管路宽介于3-8mm之间，例如，可以是5mm、6mm，所述散热管路400的高度介于0.5-1.5mm之间，例如，可以是0.9mm、1.0mm。其中，这里的管路宽是指管路最宽处的尺寸，高度是指管路最高的地方的尺寸。

在一示例中，参见图4所示，提供一种相变抑制板及形成所述散热管路的结构。所述相变抑制传热板为复合板式结构，所述散热管路为所述复合板式结构中位于外侧的板材凸起形成的管道，所述散热管路可采用单面吹胀或双面吹胀工艺制备，在此不一一赘述。例如，所述相变抑制传热板包括第一板材401及第二板材402，所述散热管路400通过轧制吹胀工艺或模具成型钎焊工艺形成，所述第一板材401和所述第二板材402的材质均为导热性良好的金属材料，具体可以包括但不仅限为铜、铜合金、铝、铝合金、钛、钛合金或任一种以上的任意组合，即所述第一板材401和所述第二板材402可以是单层材料层或多层材料层，但内层优选为铝材料层。比如在一示例中，所述第一板材401及所述第二板材402可以为包括铜材料层与铝材料层的铜铝复合板材、也可以为包括不锈钢材料层与铝材料层的不锈钢铝复合板材、也可以为包括钛材料层与铝材料层的钛铝复合板材；所述第一板材401及所述第二板材402中的所述铝材料层相接触，即所述第一板材401中的所述第二材料层为铝材料层，所述第二板材402中的所述第二材料层为铝材料层。将所述第一板材401及所述第二板材402的内层设定为铝材料层，当所述第一板材401及所述第二板材402为铝铜复合板材时，可以确保所述铜材料层位于外侧，即所述相变抑制传热散热器的外表面为铜层，可以直接进行钎焊或锡焊，便于操作，质量稳定，解决了相变抑制传热散热器与发热器件间的焊接问题。

另外，如图中所示，所述封闭的散热管路还包括封装口，有利于罐装口的压紧封合工艺要求而设计。在一示例中，所述封装口位于所述相变抑制板的最上部，比如本实施例中，灌装封合口(所述封装口)与最上部的散热区域内的散热管路相连接，在向所述相变抑制板内填充传热工质后，所述灌装封合口将被密封。通过灌装封合口填充传热工质具有工艺简单、可靠性高、散热一致性好等优点。

另外，在一示例中，所述散热器还包括辅助管路(图中未示出)，辅助管路设置在所述连接根部201表面，且与所述散热管路400相连通，共同形成封闭管路。其中，所述辅助管路可以是设置在与散热管路同一侧的表面，也可以是不同侧的表面，还可以是两侧都有，可选地，设置在与散热管路同一侧的连接根部的表面，有利于工艺实施。其中，由于本发明的散热器结构中散热主体部倾斜设置，在散热过程中有利于形成回流，本示例所述辅助管路可以有利于在回流的情况下，基于传热工质进一步有效的实现散热基板中发热元件的散热。

对于本发明提供的散热器，工作原理可以是，热源(发热元件，例如IGBT器件)设置在散热基板上，热量通过散热基板传导给PCI板(相变抑制板)翅片的根部，再通过PCI板的散热管路内的传热工质超导至整个PCI板，即热量自连接根部传热传热主体部，PCI板再传导给焊接在其表面上的散热翅片(如波折翅片)，冷却空气水平流过(从前往后或从左往右)散热翅片表面而带走热量，实现散热冷却的目的。其中，由于PCI板的导热特性受重力影响，热源位置设置在对应PCI板较低的位置导热性能最好，因此对于散热器垂直设置，PCI板相对于水平面由向上倾斜3-75度的角度水平设置，PCI板翅片根部位置较低，PCI板翅片顶部位置较高，PCI板翅片根部插设于散热基板的槽内。若没有倾斜的角度(PCI板与水平面无倾斜角)，PCI板的导热性性几乎与没有工质的铝合金板性能类似，散热能力大幅降低。另外，本发明的结构，PCI板上焊接波折的散热翅片(可以是单面焊接，也可以双面焊接)，使得单个PCI板的外表面积增加1倍-4倍，其中，这与与焊接的波折翅片的高度和节距相关，节距越小，翅片数越多，相应面积越大，翅片高度越高，面积也越大，同样散热能力下，整个散热器用的PCI板数量减少，成本降低。PCI板快速导热特性，使单个PCI翅片的翅片效率在95％左右，且不受尺寸大小的限制，使散热效率提高，散热能力增大。

另外，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上述方案中任一项所述的基于相变抑制板的散热器及发热元件，所述发热元件设置在所述散热基板上。在一示例中，所述发热元件可以是IGBT，基于本发明的方案，大功率IGBT器件对散热的要求越来越高，传统的铝型材散热器已无法满足散热要求，本发明的复合翅片的相变抑制板组合散热器可以更高效的散热器来解决IGBT器件的散热需求。另外，所述电子设备可以是5G基站设备，所述发热元件包括但不限于射频发生器、功率放大器、滤波器、微处理器、存储器、电源管理器等，在不增加设备体积和重量的情况下，其散热效率和散热均匀性可以得到极大改善，有利于延长设备使用寿命和提高设备性能。

综上所述，本发明提供一种基于相变抑制板的散热器及电子设备，通过对相变抑制板结构进行改变，使得相变抑制板翅片根部位置较低，顶部位置较高，从而使得冷却空气水平流过(从前往后或从左往右)散热翅片表面而带走热量，便于相变抑制板内工作液体回流到受热的翅根位置处，实现散热冷却的目的；相变抑制板上焊接波折的翅片，使得单个相变抑制板的外表面积增加，同样散热能力下，整个散热器用的相变抑制板数量减少，成本降低；相变抑制板快速导热特性，使单个相变抑制板翅片的翅片散热效率提高，散热能力增大。本发明的电子设备，在不增加设备体积和重量的情况下，其散热效率和散热均匀性可以得到极大改善，有利于延长设备使用寿命和提高设备性能。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述散热器包括：

散热基板；

相变抑制板，包括连接根部及传热主体部，所述连接根部设置在所述散热基板上，所述传热主体部具有第一面和第二面，所述连接根部与所述传热主体部之间具有预设夹角；

散热翅片，位于所述传热主体部的所述第一面；

散热管路，位于所述传热主体部的所述第二面，所述散热管路内填充有传热工质。

2.根据权利要求1所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述连接根部垂直所述散热基板设置，以使得所述传热主体部相对于所述散热基板倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述散热器包括若干个间隔排布的所述相变抑制板，所述散热基板包括若干个与所述相变抑制板对应的凹槽，其中，所述连接根部插设于所述凹槽中，实现所述连接根部与所述散热基板的垂直设置。

4.根据权利要求3所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述连接根部与所述散热基板之间的结合的方式为导热胶固化、机械挤压及焊接中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述散热器还包括辅助管路，所述辅助管路设置在所述连接根部表面，且与所述散热管路相连通。

6.根据权利要求1所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述散热管路的形状为六边形蜂窝状、纵横交错的网状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形及圆环形中的任意一种或上述形状中多种形成的组合。

7.根据权利要求1所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述散热管路的管路宽介于3mm-8mm之间，所述散热管路的高度介于0.5mm-1.5mm之间。

8.根据权利要求1所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述散热翅片的排布方式为波折形齿状排列，包括若干个翅片单元，其中，相邻所述翅片单元之间的间距介于2mm-5mm之间，所述翅片单元的高度介于5mm-30mm之间，厚度介于0.2mm-1mm之间。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的基于相变抑制板的散热器，其特征在于，所述连接根部与所述传热主体部之间的所述预设夹角的角度介于3°-75°之间。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-9中任意一项所述的基于相变抑制板的散热器及发热元件，所述发热元件设置在所述散热基板上。

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