CN115763394A - 一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法，包括：均温板，均温板具有空腔，空腔内壁设置有一层多孔介质毛细结构，均温板的一侧部设置有连通均温板内部空间的至少一插孔；至少一热管，热管一端为开口结构，该开口端与均温板的插孔连接；毛细结构联接件，为多孔介质毛细结构，毛细结构联接件包括底座联接部以及上联接部，底座联接部与均温板的多孔介质毛细结构连接，上联接部与热管的多孔介质毛细结构连接，底座联接部周沿设置有多个蒸汽流通口。本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法，采取分段制造的方法，再组合焊接在一起，在保持其性能优异的前提下，大大降低了量产制造成本。

Description

一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及芯片散热模组领域，尤其是一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法。

背景技术

随着芯片技术的高速发展以及各种复杂的应用场景的出现，比如自动驾驶对芯片的计算能力提出了更高的要求，高功率和高热流密度芯片也随之发展，芯片的导热越发严峻，3D均热板(3DVC)是一种相变导热器件，其结合了热管和均温板(VC)各自的优点，是一种应用于高功耗、高热流密度芯片导热的最佳元器件。可以将局部热源快速传导至他处的高性能导热装置，具有高热传能力、重量轻、结构简单及多用途等特性，应用在电子产品的发热元件的导、散热，可有效地克服热量日益升高的电子发热元件问题。

当芯片尺寸不变或者增加较小而其功耗会成倍增加的情况下，芯片的热流密度也会相应成倍增加，在散热空间和芯片对温度要求都不变的情况下，要求导热热阻必须降低很多才能满足要求，因热管和均温板的蒸汽腔体和蒸汽通道受限，难以满足不了高功耗、高热流密度芯片的导热需求；特别是当主板上方空间非常有限，相变导热元件需水平甚至逆流位置摆放情况下，且散热空间远离芯片的场景下，如服务器芯片采用浸没式散热和高度受限的高功耗显卡散热，既需要将芯片的热流密度降下来，还需将芯片的热量快速传导到较远的散热空间，根据安装空间的限制不同，其传导方向可能是水平、竖直或倾斜的方向，此时需要使用到热管和均温板组成的相变导热结构，以满足将热量往水平、竖直或倾斜的方向传导。

热管和均温板两者的工作原理一样，都是通过密闭容器内的低压工质在蒸发端受热后由液体变为蒸汽将热量带到冷凝端，冷凝变成液体后，又通过内壁上的毛细结构将液体吸回到蒸发端，从而将热量源源不断地从热源处带到冷凝处，毛细结构的连续性对相变导热结构的散热性能具有重要影响，目前的生产制程中，由于热管是插接入均温板再焊接固定，热管与均温板之间毛细结构的连接是中断的。影响蒸发端回流，大幅度降低了相变导热结构的散热性能，因此，如何保持热管与均温板之间的毛细结构的连续性，提高相变导热结构的散热性能是值得研究的课题领域，突破相变导热结构内部毛细结构的连续性将对散热领域带来重大变革。

发明内容

本发明为了克服上述中存在的问题，提供了一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法，在蒸发侧和冷凝侧的之间采用了毛细结构联接件进行相连，冷凝面的内壁毛细结构通过联接毛细结构与蒸发侧的毛细结构互联，形成一个蒸汽能够到达任何位置、液体能够及时回流到蒸发端的相变导热元件(3DVC)，并且使整个3DVC可以采取分段制造的方法，再组合焊接在一起，在保持其性能优异的前提下，大大降低了量产制造成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，包括：均温板，均温板具有空腔，空腔内壁设置有一层多孔介质毛细结构，均温板的一侧部设置有连通均温板内部空间的至少一插孔；

至少一热管，热管一端为开口结构，该开口端与均温板的插孔连接；

毛细结构联接件，为多孔介质毛细结构，毛细结构联接件包括底座联接部以及上联接部，底座联接部与均温板的多孔介质毛细结构连接，上联接部与热管的多孔介质毛细结构连接，底座联接部周沿设置有多个蒸汽流通口。

作为优选，所述的毛细结构联接件由铜粉或铜网或铜网与铜粉混合烧结形成的多孔介质毛细结构。

作为优选，所述上联接部设置于插孔内沿，并且下部具有部分延伸至均温板的内腔；所述底座联接部由至少一个底座块组成，底座块由上联接部径向的外沿凸起，相邻底座块之间的间隔形成所述的蒸汽流通口。

作为优选，所述的热管内壁设置有一层多孔介质毛细结构，上联接部与热管的多孔介质毛细结构连接。

作为优选，所述的热管为重力热管。所述重力热管为内壁不具有多孔介质毛细结构的铜管。

作为优选，所述上联接部为环状结构。

作为优选，所述上联接部为多块圆弧块合围形成的圆环状结构，并且每块圆弧块之间具有间隔，每块圆弧块的底部设置有所述底座块。

作为优选，所述底座块的上、下端分别与均温板空腔的上、下端接触。

作为优选，所述均温板与热管组成密闭的真空空腔，该真空空腔内设置有液体工质。

作为优选，所述均温板包括底板与盖板，由底板与盖板合围形成中部具有空腔的均温板，所述插孔设置于底板或盖板上。

作为优选，所述均温板的空腔内设置有至少一支撑柱，支撑柱的外沿烧结有一层多孔介质毛细结构，支撑柱的上下端分别与盖板、底板接触。

本发明还提供了一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法，包括如下步骤：1)备料：提供底板、盖板，并在盖板上开设外翻边的插孔；提供尾端缩尾焊接密封，并在内壁烧结铜粉的热管或者重力热管；提供烧结成型的毛细结构联接件；

2)底板与盖板烧结铜粉：在底板与盖板内壁填粉并且烧结；

3)均温板焊接：将毛细结构联接件放入底板和盖板中间，并使毛细结构联接件的上联接部插入盖板的翻边插孔，送炉子扩散焊接或铜焊膏钎焊；

4)密封：将热管和插孔的翻边结构铜焊膏焊接，得到相变导热结构半成品；

5)对步骤4)中得到的相变导热结构半成品依次进行还原、测漏、注入液体工质、抽真空除气、加热除气和封口的工序。

优选的，所述步骤2)中，毛细结构联接件烧结在底板或盖板上；

优选的，所述步骤3)中，先准备多个外沿烧结有铜粉的支撑柱，将多个支撑柱均匀设置在底板上；；再将毛细结构联接件放入底板和盖板中间，并使毛细结构联接件的上联接部插入盖板的翻边插孔，送炉子扩散焊接或铜焊膏钎焊。

本发明的有益效果：一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法，具有毛细结构联接件，与能将均温板与热管之间的多孔介质毛细结构连接，使得本发明的相变导热结构中，底板、盖板、支撑柱，热管烧结铜粉后，最后再组合焊接，也能保证其具有优异的性能，采用分段制造的方法，最后组合焊接在一起，在保持其性能优异的前提下，大大降低了量产制造成本。其均温空腔内的蒸汽通道互通，冷凝面的内壁毛细结构通过联接毛细结构与蒸发侧的毛细结构互联，形成一个蒸汽能够到达任何位置、液体能够及时回流到蒸发端的相变导热元件(3DVC)，由于在蒸发侧和冷凝侧的中间采用了联接毛细结构进行相连，整个3DVC可以采取分段制造的方法，最后组合焊接在一起，从而在保持其性能优异的前提下，大大降低了量产制造成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的整体结构示意图；

图2是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的爆炸图；

图3是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的剖面结构示意图；

图4是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的毛细结构联接件结构示意图；

图5是本发明图4中的正视图；

图6是本发明所述的毛细结构联接件另一实施方式结构示意图；

图7是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的实施例2的剖面图；

图8是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的制造方法的流程图；

图9是本发明所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的制造方法的详细工序流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图1-4所示的具有毛细结构联接件的相变导热结构，由均温板2、热管3及毛细结构联接件4组成。毛细结构联接件4将均温板2与热管3的开口端连接，并且均温板2内的均温空腔与热管3的蒸汽通道之间互通，冷凝面的内壁毛细结构通过联接毛细结构与蒸发侧的毛细结构互联，形成一个蒸汽能够到达任何位置、液体能够及时回流到蒸发端的相变导热元件(3DVC)。

其中，均温板2具有空腔，空腔内壁设置有一层多孔介质毛细结构1，均温板2的一侧部设置有连通均温板内部空间的至少一插孔21；具体的，该插孔21为外翻边结构。

热管3，热管3内壁设置有一层多孔介质毛细结构1，热管3一端为开口结构，该开口端与均温板2的插孔21连接；具体的热管3插接在插孔21内部。

毛细结构联接件4，毛细结构联接件4、均温板2与热管3内的多孔介质毛细结构1相同，其结构也为多孔介质毛细结构，毛细结构联接件4包括底座联接部41以及上联接部42，底座联接部41与均温板1的多孔介质毛细结构1连接，上联接部42与热管3的多孔介质毛细结构1连接，底座联接部41周沿设置有多个蒸汽流通口43。

其中，所述的毛细结构联接件4由铜粉或铜网或铜网与铜粉混合烧结形成的多孔介质毛细结构。

本实施例中，所述上联接部42设置于插孔21内沿，并且下部具有部分延伸至均温板2的内腔；所述底座联接部41由至少一个底座块组成，底座块由上联接部42径向的外沿凸起，相邻底座块之间的间隔形成上述的蒸汽流通口43。其中，底座块为三个，即，蒸汽流通口43为三个。

其中，上联接部42为环状结构。在其他实施例中，如图6所示，上联接部42也可以为多块圆弧块421合围形成的圆环状结构，并且每块圆弧块421之间具有间隔，每块圆弧块421的底部设置有上述底座块。

具体的，毛细结构联接件4的底座联接部41的高度与均温板2的空腔内上下壁面的多孔介质毛细结构1之间的高度相同，即底座块的上、下端分别与均温板2空腔的上、下端接触。

其中，均温板2与热管3组成密闭的真空空腔，该真空空腔内设置有液体工质。具体的，均温板2包括底板22与盖板23，由底板22与盖板23合围形成中部具有空腔的均温板2，根据需求，插孔21可以设置在底板22或盖板23上。

在本实施方式中，热管3内壁设置有一层多孔介质毛细结构1，上联接部42与热管3的多孔介质毛细结构1连接。

本实施例中，均温板2的空腔内设置有至少一支撑柱5，支撑柱5的上下端分别与盖板23、底板22接触。支撑柱5为四根，均匀设置于均温板2的空腔内，具有支撑作用。并且支撑柱5外沿烧结有一层多孔介质毛细结构1，支撑柱5与均温板2之间具有相连接的多孔介质毛细结构1，具有更高的液体工质流通效率。本实施例中，该液体工质为去离子水。

多孔介质毛细结构特征：铜管内壁的多孔介质毛细结构为烧结铜粉；底板22内壁的多孔介质毛细结构为烧结铜粉或铜网，与铜管内壁铜粉相连部分必须烧结铜粉；盖板23内壁的多孔介质毛细结构为烧结铜粉或铜网，其内部的真空空腔每个部分均烧结了一体连通的多孔介质毛细结构，本发明中的具有毛细结构联接件的相变导热结构，具有毛细结构联接件，与能将均温板2与热管3之间的多孔介质毛细结构1连接，使得本发明的相变导热结构中，底板22、盖板23、支撑柱5，热管3烧结铜粉后，最后再组合焊接，也能保证其具有优异的性能，采用分段制造的方法，最后组合焊接在一起，在保持其性能优异的前提下，大大降低了量产制造成本。

通过把热管的蒸汽通道和均温板的蒸汽通道互联互通、热管的毛细结构和均温板的毛细结构也互联互通，从而形成一个蒸汽能够到达任何位置、液体能够及时回流到蒸发端的相变导热元件，蒸汽通道和毛细结构的互联互通从而增大了导热功率，减小热阻。，

即使主板上方空间非常有限，相变导热元件需水平甚至逆流位置摆放情况下，且散热空间远离芯片的场景下，本发明中的相变导热结构，也能达到导热要求，本发明的相变导热结构，蒸汽能够到达任何位置、液体能够及时回流到蒸发端，蒸汽通道和毛细结构的互联互通，解决高功耗、高热流密度芯片的导热问题.

实施例2

如图7所示，本实施方式与实施1的不同之处在于：热管3为重力热管。即为内壁不具有多孔介质毛细结构的铜管。在此种实施方式中，重力向下，热管内冷凝液体可以直接往下流，重力热管上的冷凝液体往下掉到毛细结构联接件4上，迅速被多孔介质毛细结构1吸走，及时回流分散到均温板2的各处。大幅度提高散热效率。

在没有本实例方式中的毛细结构联接件4的情况下，热管3下部端口处需要积累很多的冷凝液体，当液体的重量大于毛细力进才会往下掉，不会及时回流。

实施例3

如图8所示：一种具有毛细结构联接件的相变导热结构及其制造方法，包括如下步骤：包括如下步骤：

1)备料：提供底板22、盖板23，并在盖板23上开设外翻边的插孔21；提供尾端缩尾焊接密封，并在内壁烧结铜粉的热管3或者重力热管3；提供烧结成型的毛细结构联接件4；

2)底板22与盖板23烧结铜粉：在底板22与盖板23内壁填粉并且烧结；

3)均温板焊接：将毛细结构联接件4放入底板22和盖板23中间，并使毛细结构联接件4的上联接部42插入盖板的翻边插孔21，送炉子扩散焊接或铜焊膏钎焊；

4)密封：将热管3和插孔21的翻边结构铜焊膏焊接，得到相变导热结构半成品；

5)对步骤4)中得到的相变导热结构半成品依次进行还原、测漏、注入液体工质、抽真空除气、加热除气和封口的工序。

具体的，在步骤2)中，毛细结构联接件4烧结在底板22上。在其他实施方式中，也可以烧结在盖板23上。或单独烧结后再组装。

如图，该治具具有上、下模块，组合后，内部具有多个毛细结构联接件形状的内腔，毛细结构联接件通过该治具进行烧结制造。

或者，在步骤3)中，先准备多个外沿烧结有铜粉的支撑柱5，将支撑柱5均匀焊接在底板22上；再将毛细结构联接件4放入底板22和盖板23中间，并使毛细结构联接件4的上联接部42插入盖板的翻边插孔21，送炉子扩散焊接或铜焊膏钎焊。

如图9所示，盖板23、底板22为冲压拉伸出底板凸台制成。热管3的制造过程中，包含铜管尾端缩管、焊尾、若需要可在铜管内壁烧结毛细结构，再进行铜管定长、开口端去毛刺、整圆。

本发明中的具有毛细结构联接件的相变导热结构的制造方法中，底板22、盖板23、支撑柱5分别烧结铜粉后，制成均温板，再将烧结有铜粉的热管或重力热管插入插孔进行铜焊膏钎焊或电阻焊接，每一个配件都能够单独生产，再组装，由于热管与均温板之间具有毛细结构联接件，热管与均温板之间毛细结构连接，能够保证其具有优异的性能。在保持其性能优异的前提下，采用分段制造的方法，最后组合焊接在一起，大大降低了量产制造成本，提高了生产效率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (12)

1.一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于,包括：

均温板，均温板具有空腔，空腔内壁设置有一层多孔介质毛细结构，均温板的一侧部设置有连通均温板内部空间的至少一插孔；

至少一热管，热管一端为开口结构，该开口端与均温板的插孔连接；

毛细结构联接件，为多孔介质毛细结构，毛细结构联接件包括底座联接部以及上联接部，底座联接部与均温板的多孔介质毛细结构连接，上联接部与热管的开口端连接，底座联接部周沿设置有多个蒸汽流通口。

2.根据权利要求1所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述的毛细结构联接件由铜粉或铜网或铜网与铜粉混合烧结形成的多孔介质毛细结构。

3.根据权利要求2所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述上联接部设置于插孔内沿，并且下部具有部分延伸至均温板的内腔；所述底座联接部由至少一个底座块组成，底座块由上联接部径向的外沿凸起，相邻底座块之间的间隔形成所述的蒸汽流通口。

4.根据权利要求3所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述的热管内壁设置有一层多孔介质毛细结构，上联接部与热管的多孔介质毛细结构连接。

5.根据权利要求3所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述的热管为重力热管。

6.根据权利要求3所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述上联接部为环状结构。

7.根据权利要求3所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述上联接部为多块圆弧块合围形成的圆环状结构，并且每块圆弧块之间具有间隔，每块圆弧块的底部设置有所述底座块

8.根据权利要求3所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述底座块的上、下端分别与均温板空腔的上、下端接触。

9.根据权利要求1所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述均温板包括底板与盖板，由底板与盖板合围形成中部具有空腔的均温板，所述插孔设置于底板或盖板上；所述均温板与热管组成密闭的真空空腔，该真空空腔内设置有液体工质。

10.根据权利要求9所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构，其特征在于：所述均温板的空腔内设置有至少一支撑柱，支撑柱的外沿烧结有一层多孔介质毛细结构，支撑柱的上下端分别与盖板、底板接触。

11.一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：1)备料：提供底板、盖板，并在盖板上开设外翻边的插孔；提供尾端缩尾焊接密封，并在内壁烧结铜粉的热管或者重力热管；提供烧结成型的毛细结构联接件；

2)底板与盖板烧结铜粉：在底板与盖板内壁填粉并且烧结；

3)均温板焊接：将毛细结构联接件放入底板和盖板中间，并使毛细结构联接件的上联接部插入盖板的翻边插孔，送炉子扩散焊接或铜焊膏钎焊；

4)密封：将热管和插孔的翻边结构铜焊膏焊接，得到相变导热结构半成品；

5)对步骤4)中得到的相变导热结构半成品依次进行还原、测漏、注入液体工质、抽真空除气、加热除气和封口的工序。

12.根据权利要求11所述的一种具有毛细结构联接件的相变导热结构的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，毛细结构联接件烧结在底板或盖板上；

所述步骤3)中，先准备多个外沿烧结有铜粉的支撑柱，将多个支撑柱均匀设置在底板上；再将毛细结构联接件放入底板和盖板中间，并使毛细结构联接件的上联接部插入盖板的翻边插孔，送炉子扩散焊接或铜焊膏钎焊。

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