CN116399148A - 一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，是一种被动式散传热效果达到1000W的高效换热器，包括冲压上下盖步骤、回流通道铜粉柱烧结、金属管填粉烧结、弯管处理、蒸发器扩散焊等步骤，本发明生产的腔体内做两相流分道控制流体方向，实现内部工作流体做定向流动并无限循环，工作原理含虹吸现象及蒸腾拉力，其被动式散传热效果达到1000W，本发明的高效换热蒸腾回路模组的散传热效果相对较传统VC和热管组合的传统技术提升20％至40％，本发明工艺简单，易于实施，实现工业化量产，在降低生产成本的同时提长散热效果。

Description

一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法

技术领域

本发明涉及高效换热器技术领域，尤其是涉及一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法。

背景技术

VC液冷(又名真空腔均热板技术，英文名称(Vapor Chamber)被称之为均温板或均热板等，是一种高效率传递热量的方式，其工作原理是：VC的均热板底座受热，热源加热铜网微状蒸发器——吸热；冷却液(纯净水)在真空超低压环境下受热快速蒸发为热空气(<104Tor或更少)——吸热。

传统VC(Vapor Chamber)采用真空设计，热空气在铜网微状环境流通更迅速—导热；热空气受热上升，遇散热板上部冷源后散热，并重新凝结成液体—散热；凝结后的冷却液通过铜微状结构毛细管道回流入均热板底部蒸发源处—回流，回流的冷却液通过蒸发器受热后再次气化并通过铜网微管吸热、导热、散热，如此反复作用。

传统VC(Vapor Chamber)本身基本不具备散热能力，其主要作用为传导热量，与热源接触，热源热量通过TIM传递至VC，再将热量传递至散热鳍片，散热鳍片再通过自然/强制对流方式将热量散发至空气中，以此重复运作。可理解为将热源表面积进行放大，即增加与散热鳍片的接触面积，但传统VCR的厚度不超过12mm，存在高度限制，致现大部分大功率散热器需在传统VC上另外焊接热管，以实现将VC的热量传递至更高更远的散热区域，但焊接面过多，导致热阻相对增大，不利于模组散热，因此有必要予以改进。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，一种其被动式散传热效果达到1000W的超大功率的高效换热器的生产方法，工艺简单，易于实施，实现工业化量产，在降低生产成本的同时提长散热效果。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，包括以下步骤，

步骤1)、冲压上下盖，通过冲压工艺对厚度为0.5-2mm的金属板材进行冲压成型加工，分别得到所需形状的一体成型的上盖和一体成型的下盖，上盖成型有贯穿上盖的多个上盖焊孔；

步骤2)、回流通道铜粉柱烧结，包括以下子步骤，

步骤2.1)、制作石墨治具，将石墨板材加工成烧结铜粉柱所需的型腔的第一石墨治具；

步骤2.2)、制作实心金属柱，选购或制作得到纯金属制成的实心的实心金属柱；

步骤2.3)、烧结毛细铜粉柱，将实心金属柱和目数为100～150目的铜粉分别置入第一石墨治具的型腔中，使铜粉填充满实心金属柱与第一石墨治具的型腔之间的环形空间，将实心金属柱定位并保持在型腔的中心位置，铜粉的颗粒之间具有间隙，通过烧结成型工艺将第一石墨治具内的实心金属柱或铜粉的材料表面加热至微融状态后降温，得到毛细铜粉柱，毛细铜粉柱包括竖直设置在中心部的实心金属柱以及烧结固定在实心金属柱的外围的毛细结构部，经微融烧结后铜粉的颗粒基本形状被保留下来并形成连结成一体的内部布满相互连通的孔隙的毛细结构部，将毛细铜粉柱的孔隙率占比30％～40％；

步骤3)、下盖烧结：将高效换热蒸腾回路模组的下盖和金属网置入第二个石墨治具中，再置入扩散焊炉中加热至材料表面微融后降温，经过烧结成型工艺使金属网与下盖的内腔烧结成型并固定成一体，金属网设置有供毛细铜粉柱置入的预留位置；

步骤4)、金属管填粉烧结：

在中空金属管的管腔内插入熔点高于中空金属管的中心棒，将铜粉填入中空金属管与中心棒的环形空隙内，将铜粉全部压实在中空金属管的管腔的第一侧，铜粉相对环形空的总体积的体积占比为40-60％，中空金属管的管腔的第二侧保持中空，将填好铜粉的中空金属管置入高温炉进行烧结，加热至材料表面微融后降温，拔出中心棒，得到毛细结构胚管，

毛细结构胚管的第二侧的内管壁保持原管壁，

经微融烧结后铜粉的颗粒基本形状被保留下来并形成连结成一体的内部布满相互连通的孔隙的毛细结构壁，毛细结构胚管的第一侧的内管壁一体成型有毛细结构壁，毛细结构壁的内部布满相互连通的孔隙，毛细结构壁的孔隙率占比30％～40％，

步骤5)、弯管处理：通过弯管设备将毛细结构胚管弯曲成U型，裁切成所需要的尺寸长度，得到U型金属管，U型金属管中内壁附着有毛细结构壁的中空的管体为毛细结构管、保持原壁的管体为换热管；

步骤6)、蒸发器扩散焊：将毛细铜粉柱置入在对应的预留位置，以实现将毛细铜粉柱定位于下盖，再将上盖与下盖密封盖合，焊圈置入每个上盖焊孔，每一个U型金属管的毛细结构管的端部和换热管的端部分别沿上盖焊孔插入后入石墨治具，

上盖与下盖之间的空腔形成蒸发室，每一个U型金属管的换热管对应插装在蒸发室的中心部的上方对应的上盖焊孔，每一个U型金属管的毛细结构管对应插装在远离蒸发室的中心部的区域对应的上盖焊孔，

定位装配在蒸发室内的毛细铜粉柱的上端部插紧在毛细结构管的管腔中，

完成装配后入扩散焊炉烧结成型，烧结环境温度控制在900℃～1000℃，烧结时间控制在2～5H；

步骤7)、除气管焊接：在上盖或下盖设置有预留除气口，将除气管沿预留除气口位置放入，焊接位加入焊料，通过高频除气管焊接固定预留除气口，除气管密封连通预留除气口，预留除气口连通蒸发室；

步骤8)、退火还原：将高效换热蒸腾回路模组置入氧化还原炉进行恒温退火原还处理，退火原还处理过程中同时排出水汽，氧化还原炉的温度控制在650-700℃，恒温4-8小时；

步骤9)、注工作流体：通过注液设备将工作流体沿除气管注入蒸发室内，工作流体的注入重量为高效换热蒸腾回路模组内的全部毛细铜粉和全部毛细结构壁的孔隙总体积的80％～120％×工作流体密度，在工作流体未蒸发的初始状态下使工作流体的液面大于毛细铜粉柱的下部的底台的高度的50％；

步骤10)、真空除气：将注完工作流体的高效换热蒸腾回路模组的内部抽真空，去除内部空气，再掐紧除气管；

步骤11)、二次除气：将高效换热蒸腾回路模组的除气管朝上，对高效换热蒸腾回路模组进行加热，内部残留空气会因压强变化流向压力小的除气管，将除气管掐断焊头，完成除气管封口；

步骤12)、裁边整形：裁切多余余量并整形。

在所述步骤12)后进行以下步骤，

步骤13)、烘烤老化：将高效换热蒸腾回路模组置于烤箱内，烤箱温度设定为80-120℃，烘烤10-14小时；

步骤14)、功率测试：使用功率测试机台测试高效换热蒸腾回路模组的性能，调整好功率、预热温度、重力方向、测试时间和样品热阻值标准及相关测试参数，功率测试机台最终判定方式为高于样品热阻值判定为不良，低于样品热阻值判定为良品；

步骤15)、表面处理：包括对高效换热蒸腾回路模组进行抗氧化处理和镀镍表面处理，

步骤18)、外观检验包装：检查是否存在外观不良，检验合格后良品再包装入库。

所述步骤1)中，所述金属板材选用厚度为0.1mm的铜板，

所述步骤2.1)中，所述第一石墨治具的型腔的截面形状为T形的圆台旋转体，

所述步骤2.2)中，所述实心金属柱选用纯铜制成的圆柱体形状的直径为1～2mm的实心铜柱，

所述步骤2.3)中，所述铜粉包括形状为球体形状、多边形体形状或不规则形状的纯铜颗粒，在烧结毛细铜粉柱的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在900～1000℃、烧结时间控制在0.4-0.6小时，在铜粉的材料表面转变为微融状态后停止加热，冷却降温后形成所述毛细结构部，

所述步骤3)中，所述金属网是由铜、铜合金、铝或铝合金制成的厚度为0.1～0.2mm的网格，金属网的网格线径为0.05～0.2mm，金属网的网格形状为渔网形状，金属网的网格目数为100～200目，下盖烧结的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在650℃～700℃、烧结时间控制在2～5小时，在金属网的材料表面转变为微融状态后停止加热，冷却降温后网格的基本形状被保留下来的金属网烧结固定在下盖的表面；

所述步骤4)中，中空金属管选用铜制成的圆形的内径为6-10mm铜管，中心棒由陶瓷或不锈钢制成的圆柱体形状的实心的棒体，将毛细结构壁的厚度控制在0.2～1mm；

通过震动设备的震动将中空金属管内的铜粉压实，以实现提升烧结稳定性及烧结后形成的毛细结构壁的毛细力。

所述毛细结构部包括底台以及一体成型在底台的上部的柱塞，柱塞的截面形状为圆形，底台的横向截面大于柱塞的横向截面，柱塞插塞于所述毛细结构管的端部中，底台的顶面压贴上盖的底面，底台的底面压贴下盖的顶面，底台隔断并封闭毛细结构管的端部与所述蒸发室之间的通道，在所述工作流体未蒸发的初始状态下工作流体的液面高度为底台的高度的80-85％，在工作流体未蒸发的初始状态下将工作流体的液面与蒸发室的顶面之间的间距控制在1-2mm。

所述焊圈是由铜合金制成的薄型的圆环体，以焊圈为焊料将所述毛细结构管的端部、所述柱塞和所述上盖焊孔焊接固定成一体，同时使毛细结构管的端部和上盖形成一密封结构。

所述工作流体选用冷媒，在进行注工作流体之前先通过所述除气管进行抽真空处理，完成抽真空处理后再将工作流体沿除气管注入所述蒸发室。

在进行所述步骤3)之前，先将所述金属网和所述下盖分别投入纯水箱中，利用超声波将油污杂质清洗干净；

在进行所述步骤6)之前，先将所述上盖、下盖和所述U型金属管分别投入纯水箱中，利用超声波将油污杂质清洗干净。

所述高效换热蒸腾回路模组包括由上盖和下盖组成的主体、多个所述U型金属管和多个散热鳍片，主体的内部设置有所述蒸发室，高效换热蒸腾回路模组沿横向方向设置有左右两个相对设置的所述U型金属管，高效换热蒸腾回路模组的左侧和右两侧分别沿纵向方向间隔设置有多个U型金属管，各散热鳍片分别与各U型金属管固定连接或密切接触，各U型金属管分别固定在上盖，各U型金属管的两端部分别连通蒸发室。

所述步骤1)中，所述上盖的中部具有下凹区，蒸发室的中部区域的具有一相对下沉设置的底面，蒸发室的中部区域的内部高度比蒸发室的四周区域的内部高度高3-5mm。

本发明和现有技术相比所具有的优点是：本发明的高效换热蒸腾回路模组是一种高效换热器，腔体内做两相流分道控制流体方向，实现内部工作流体做定向流动并无限循环，工作原理含虹吸现象及蒸腾拉力，其被动式散传热效果达到1000W，本发明的散传热效果相对较传统VC和热管组合的传统技术提升20％至40％。

附图说明

图1是现有的传统VC与热管组合的外热循环示意图。

图2是本发明的高效换热蒸腾回路模组的结构示意图。

图3是本发明的高效换热蒸腾回路模组的定向循环示意图。

图4是本发明的毛细铜粉柱的结构示意图。

图5是由铜粉烧结形成的具有孔隙的毛细结构的示意图。

图6是由铜粉烧结形成的毛细结构的微观图。

图7是高效换热蒸腾回路模组锁附至测试治具后装入风洞设备进行测试的示意图。

图8是热模拟测试结果图。

具体实施方式

对比例1

传统VC与热管组合，图1所示，生产方法包括，

传统热管填粉，选用100～150目的铜粉，使用钟罩炉烧结到980℃后恒温3小时，使铜粉通过高温烧结并形成毛细结构，流通性比较均匀，填充液体为纯水。传统热管受到使用方位和长度的限制在重力场中，当蒸发段位于冷凝段上方会对热管运行产生不利影响，因为毛细芯可能无法提供足够的毛细压力去克服重力而使冷凝液体回流至蒸发段，即传统热管的反重力能力非常差，由于热管内蒸气和液体直接接触且流向相反，导致蒸气对毛细芯内的回流液体施加剪切力。当蒸气流速较高时，可能将气液界面的液体以微滴形式携带回冷凝段，同时液体回流受阻。导致所需的液体循环量增大，当液体回流不能满足循环量增加时，蒸发段就会烧干，携带现象是限制传统热管传热能力的，单支热管所解功率只能达到50W。

实施例1

一种高效换热蒸腾回路模组，又称为TLVC高效换热器，包括由上盖1和下盖2焊接组成的主体6、多个U型金属管3和多个散热鳍片4，散热鳍片4安装有风扇，主体6的内部设置有蒸发室5，高效换热蒸腾回路模组沿横向方向设置有左右两个相对设置的U型金属管3，高效换热蒸腾回路模组的左侧和右两侧分别沿纵向方向间隔设置有多个U型金属管3，各散热鳍片4分别与各U型金属管3固定连接或密切接触，各U型金属管3分别固定在上盖1，各U型金属管3的两端部分别连通蒸发室5。上盖1的中部具有下凹区，蒸发室5的中部区域的具有一相对下沉设置的底面，蒸发室5的中部区域的内部高度大于蒸发室5的四周区域的内部高度，蒸发室5的中部区域的内部高度比蒸发室5的四周区域的内部高度高3-5mm。

本发明将传统VC与热管进行优势结合以得到高效换热蒸腾回路模组，高效换热蒸腾回路模组又称为TLVC高效换热器，或者称为TLVC蒸发器，实现内部工作流体9做定向流动并无限循环，用于解决功率800W以上的更大功率的电子产品的散热需求，是新型的高效换热器。

例如，制作高效换热蒸腾回路模组，将外形尺寸设定在152×80.5×124.7mm，本发明的腔体内做两相流分道控制流体方向，工作原理含虹吸现象及蒸腾拉力，其被动式散传热效果高达1000W，与较传统VC+传统热管组合对比，本发明的散热效果更佳，本发明的散传热效果相对较传统VC和热管组合的传统技术提升20％至40％。

一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，包括以下步骤，

步骤1)、冲压上下盖，通过冲压成型工艺批量生产高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)的上盖1和下盖2，具体是通过冲压工艺对厚度为0.5-2mm的金属板材进行冲压成型加工，金属板材选用厚度为0.1mm的铜板，分别得到所需形状的一体成型的上盖1和一体成型的下盖2，上盖1成型有贯穿上盖1的多个上盖1焊孔，一次成型冲工，实现产业化和工业化的低成本量产。

步骤2)、回流通道铜粉柱烧结，包括以下子步骤，

步骤2.1)、制作石墨治具，将石墨板材加工成烧结铜粉柱所需的型腔的第一石墨治具，第一石墨治具的型腔的截面形状为T形的圆台旋转体；

步骤2.2)、制作实心金属柱，选购或制作得到纯金属制成的实心的实心金属柱71；

步骤2.3)、烧结毛细铜粉柱7，将实心金属柱71和目数为100～150目的铜粉分别置入第一石墨治具的型腔中，使铜粉填充满实心金属柱71与第一石墨治具的型腔之间的环形空间，将实心金属柱71定位并保持在型腔的中心位置，实心金属柱71选用纯铜制成的圆柱体形状的直径为1～2mm的实心铜柱，铜粉包括形状为球体形状、多边形体形状或不规则形状的纯铜颗粒，铜粉的颗粒之间具有间隙，通过烧结成型工艺将第一石墨治具内的实心金属柱71或铜粉的材料表面加热至微融状态后降温，得到毛细铜粉柱7，

在烧结毛细铜粉柱7的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在900～1000℃、烧结时间控制在0.4-0.6小时，在铜粉的材料表面转变为微融状态后停止加热，冷却降温后形成毛细结构部72；具体的，烧结过程仅将铜粉的材料表面加热至微融状态，对第一石墨治具中的实心金属柱71与铜粉加热0.5小时，烧结温度控制在980℃，烧结后的铜粉仍保护原有的颗粒形状基本不变化，避免铜粉的孔隙被填充，毛细铜粉柱7形成具有更佳的毛细力的毛细结构，

其中，毛细铜粉柱7包括竖直设置在中心部的实心金属柱71以及烧结固定在实心金属柱71的外围的毛细结构部72，经微融烧结后铜粉的颗粒基本形状被保留下来并形成连结成一体的内部布满相互连通的孔隙的毛细结构部72，将毛细铜粉柱的孔隙率占比30％～40％，实心金属柱71保证了毛细铜粉柱7的结构稳定性，避免在生产组装过程出现变形，使毛细铜粉柱7的上端部与毛细结构管33形成一个环形体形状的毛细结构部，降低毛细铜粉柱7与与毛细结构管33相接处的孔隙率，阻止气体进入毛细结构管33，利于工作流体9的定向循环的启动，在定向循环启动后在毛细铜粉柱7的上端部积存高度为1-2mm的液态的工作流体9，避免因蒸发室5的气压过高特别是1000W以上的散热应用中而导致的蒸发室5气体逆流的现象，配合毛细结构管33的毛细作用，使毛细结构管33的下半段管腔相对形成负压区段，提升虹吸作用，使毛细结构管33内转变成液态的工作流体9更快地通过毛细铜粉柱7并回流至蒸发室5中，较佳的，毛细结构部72的孔隙率占比控制在35％；毛细铜粉柱7得以批量生产。

步骤3)、下盖烧结：先将金属网8和下盖2分别投入纯水箱中，利用超声波将油污杂质清洗干净；

再将高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)的下盖2和金属网8置入第二个石墨治具中，再置入扩散焊炉中加热至材料表面微融后降温，经过烧结成型工艺使金属网8与下盖2的内腔烧结成型并固定成一体，金属网8设置有供毛细铜粉柱7置入的预留位置；

其中，金属网8是由铜、铜合金、铝或铝合金制成的厚度为0.1～0.2mm的网格，金属网8的网格线径为0.05～0.2mm，金属网8的网格形状为渔网形状，金属网8的网格目数为100～200目，较佳的，金属网8的网格线径为0.1.mm，金属网8的网格目数为150目；

较佳的，在下盖2烧结的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在650℃～700℃、烧结时间控制在2～5小时，优选的，在下盖2烧结的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在680℃、烧结时间控制在2.5小时，使金属网8与下盖2内腔烧结成型，具体的，在金属网8的材料表面转变为微融状态后停止加热，金属网8烧结固定在下盖2的表面，冷却降温后网格的基本形状被保留下来并固定在下盖2的顶面，通过金属网8的网格结构形成立体的接触热传导，增加工作流体9与蒸发室5的底部的接触面积，提升热传导速度，提高工作流体9的蒸发速度，解决了传统平面接触结构所存在的蒸发气化速度慢的问题。

步骤4)、金属管填粉烧结：

选用内径为6-10mm的中空金属管，优选用内径为6mm或8mm的中空金属管，在中空金属管的管腔内插入熔点高于中空金属管的中心棒，中心棒的外径小于中空金属管的内径，中空金属管选用铜制成的圆形的铜管，中心棒由陶瓷或不锈钢制成的圆柱体形状的实心的棒体，将铜粉填入中空金属管与中心棒的环形空隙内，通过选用不同外径的中心棒控制环形空隙的大小，进而控制最终的毛细结构壁31的厚度，

具体的，通过震动设备的震动将中空金属管内的铜粉压实，各铜粉的颗粒之间具有更多和更密集的孔隙，以实现提升烧结稳定性及烧结后形成的毛细结构壁31的毛细力，用于将铜粉全部压实在中空金属管的管腔的第一侧，铜粉相对环形空的总体积的体积占比为40-60％，用于控制形成的毛细结构壁31的厚度，较佳的，铜粉相对环形空的总体积的体积占比为50％，中空金属管的管腔的第二侧保持中空，将填好铜粉的中空金属管置入高温炉进行烧结，加热至材料表面微融后降温，拔出中心棒，得到毛细结构胚管，

细结构胚管的第二侧的内管壁保持原管壁，

毛细结构胚管的第一侧的内管壁一体成型有毛细结构壁31，毛细结构壁31的内部布满相互连通的孔隙，将毛细结构壁31的厚度控制在0.2～1mm，毛细结构壁31的孔隙率占比30％～40％，较佳的，将毛细结构壁31的厚度控制在1mm，毛细结构壁31的孔隙率占比40％；其中，经微融烧结后铜粉的颗粒基本形状被保留下来并形成连结成一体的内部布满相互连通的孔隙的毛细结构壁31，以实现进一步提升烧结稳定性及烧结后形成的毛细结构壁31的毛细力。

步骤5)、弯管处理：通过弯管设备将毛细结构胚管弯曲成U型，分别对两个端部进行裁切，裁切成所需要的尺寸长度，得到U型金属管3，U型金属管3中内壁附着有毛细结构壁31的中空的管体为毛细结构管33、保持原壁的管体为换热管32。

步骤6)、蒸发器扩散焊：

先将上盖1、下盖2和U型金属管3分别投入纯水箱中，利用超声波将油污杂质清洗干净，再将毛细铜粉柱7置入在对应的预留位置，以实现将毛细铜粉柱7定位于下盖2，再将上盖1与下盖2密封盖合，将焊圈置入每个上盖1焊孔，焊圈是由铜合金制成的薄型的圆环体，以焊圈为焊料将毛细结构管33的端部、柱塞和上盖1焊孔焊接固定成一体，同时使毛细结构管33的端部和上盖1形成一密封结构，

将每一个U型金属管3的毛细结构管33的端部和换热管32的端部分别沿上盖1焊孔插入后入石墨治具，

上盖1与下盖2之间的空腔形成蒸发室5，每一个U型金属管3的换热管32对应插装在蒸发室5的中心部的上方对应的上盖1焊孔，每一个U型金属管3的毛细结构管33对应插装在远离蒸发室5的中心部的区域对应的上盖1焊孔，

定位装配在蒸发室5内的毛细铜粉柱7的上端部插紧在毛细结构管33的管腔中，完成装配后入扩散焊炉烧结成型，烧结环境温度控制在900℃～1000℃，烧结时间控制在2～5H；

其中，本步骤采用的扩散焊炉需要加压，在扩散焊炉内增加气压或油液压，压力50～100KG，与钟罩式高温烧结炉是不相同的，烧结作用不同。

毛细结构部72包括底台以及一体成型在底台的上部的柱塞，柱塞的截面形状为圆形，底台的横向截面大于柱塞的横向截面，柱塞插塞于毛细结构管33的端部中，底台的顶面压贴上盖1的底面，底台的底面压贴下盖2的顶面。

步骤7)、除气管焊接：在上盖1和/或下盖2设置有预留除气口，将除气管沿预留除气口位置放入，焊接位加入焊料，通过高频除气管焊接固定预留除气口，除气管密封连通预留除气口，预留除气口连通蒸发室5；

步骤8)、退火还原：将高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)置入氧化还原炉进行恒温退火原还处理，退火原还处理过程中同时排出水汽，氧化还原炉的温度控制在650-700℃，恒温4-8小时；

步骤9)、注工作流体：通过注液设备将工作流体9沿除气管注入蒸发室5内，工作流体9的注入重量为高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)内的全部毛细铜粉和全部毛细结构壁31的孔隙总体积的80％～120％×工作流体密度，在工作流体未蒸发的初始状态下使工作流体的液面大于毛细铜粉柱的下部的底台的高度的50％，通过底台及工作流体9隔断并封闭毛细结构管33的端部与蒸发室5之间的通道，其中，工作流体9不宜过多，也不宜过少，本发明通过控制工作流体9的注入重量，使定向循环得以顺利实现；可选的，工作流体9的注入重量为高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)内的全部毛细铜粉和全部毛细结构壁31的孔隙总体积的90％～99％×工作流体密度；

较佳的，在工作流体9未蒸发的初始状态下工作流体9的液面高度为底台的高度的80-85％，在工作流体9未蒸发的初始状态下将工作流体9的液面与蒸发室5的顶面之间的间距控制在1-2mm，控制工作流体9的液面与蒸发室5的顶面之间的空间的大小，工作流体9的注入重量为高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)内的全部毛细铜粉和全部毛细结构壁31的孔隙总体积的110％～120％×工作流体密度。设定在工作流体9未蒸发的初始状态下换热管32的端部与蒸发室5之间的界面的气压差值为0，毛细结构管33与毛细铜粉柱之间的界面的气压差值为0，在外部的热源传导到TLVC蒸发器后，工作流体9气化后形成的气体在1秒内充满工作流体9的液面与蒸发室5的顶面之间的空间，并将换热管32的端部与蒸发室5之间的界面的气压差值升高至0.1Mpa以上，由于受到毛细铜粉柱及工作流体的阻隔，毛细结构管33与毛细铜粉柱之间的界面的气压差值不上升，气体在气压作用下迅速进入换热管32、流经毛细结构管33转变成液体、最终通过毛细铜粉柱的柱塞及底台回流到蒸发室5，在3秒内建立起一个完整的定向气液循环，外部的热源(例如产生热源的芯片组的温度)的温度的越高，建立起一个完整的定向气液循环的时间超短，气体的蒸发速度超快，定向气液循环的速度也随之变快，热传导效率也随之增加，自动匹配并很好地兼容功率100-1000W的各类大功率芯片组及大功率发热元件的散热，无需另外设置辅助控制装置或辅助调节装置。

使用本发明的TLVC蒸发器对功率为100W的芯片组进行散热，TLVC蒸发器大约3秒建立起一个完整的定向气液循环并实现工作流体9自动连续定向循环，使用本发明的TLVC蒸发器对功率为500W的芯片组进行散热，TLVC蒸发器大约2秒建立起一个完整的定向气液循环环并实现工作流体9自动连续定向循环，使用本发明的TLVC蒸发器对功率为1000W的芯片组进行散热，TLVC蒸发器大约1秒建立起一个完整的定向气液循环环并实现工作流体9自动连续定向循环。

工作流体9选用冷媒，在进行注工作流体9之前先通过除气管进行抽真空处理，完成抽真空处理后再将工作流体9沿除气管注入蒸发室5。

步骤10)、真空除气：将注完工作流体9的高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)的内部抽真空，去除内部空气，再掐紧除气管；

步骤11)、二次除气：将高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)的除气管朝上，对高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)进行加热，内部残留空气会因压强变化流向压力小的除气管，将除气管掐断焊头，完成除气管封口；

步骤12)、裁边整形：裁切多余余量并整形。

步骤13)、烘烤老化：将高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)置于烤箱内，烤箱温度设定为80-120℃，烘烤10-14小时；

步骤14)、功率测试：使用功率测试机台测试高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)的性能，调整好功率、预热温度、重力方向、测试时间和样品热阻值标准及相关测试参数，功率测试机台最终判定方式为高于样品热阻值判定为不良，低于样品热阻值判定为良品；

步骤15)、表面处理：包括对高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)进行抗氧化处理和镀镍表面处理，

步骤18)、外观检验包装：检查是否存在外观不良，检验合格后良品再包装入库。

本发明的TLVC蒸发器的内部由蒸发器、工作流体9、蒸发通道和回流通道构成，工作原理为TLVC蒸发器施加热载荷，工作流体9在蒸腾型腔蒸发，内部的工作流体9选用纯水或冷媒R134a(四氟乙烷(1，1，1，2-tetrafluoroethane)，工作流体9在真空状态下沸点低，驱动快热流密度高，遇热蒸气饱和均温性强，环保，蒸发的工作流体9从蒸发器流向TLVC蒸发的蒸发通道，携带热量的工作流体9经过与U型金属管3的蒸发通道的铜管壁接触，将热量传递至U型金属管3的换热管32，换热管32将热量传递至散热鳍片4，通过风扇强制对流方式冷却，导起散热鳍片4的热量；当蒸发通道内的工作流体9温度降低达到液化温度时，工作流体9液化，液化的工作流体9被回流通道内具有毛细力的毛细结构壁31吸附，被吸附的工作流体9在重力和毛细力等综合作用下回流至TLVC蒸发器的蒸发室内，以此无限循环，单本发明的TLVC蒸发器的功率可达1000W以上。

与传统VC(均热板)+热管的传统组合对比，本发明的高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)的气流通道面积增加，铜管将热源处受热蒸发的工作流体9通过通道传递至散热区域，工作流体9冷却液化后通过含毛细结构管33回流至加热端无限循环。

其中，本发明的毛细铜粉柱7使TLVC蒸发器内的工作流体9实现定向循环,工作过程如下：

步骤1)、蒸发气化，发热源(Heat in)与下盖2的底面接触，热量通过下盖2传递至蒸发室5内，蒸发室5内的工作流体9受热后气化，蒸发室5内温度升高、气压同步增高，使A点与B点形成压力差，即A点的气压大于B点的气压，A点形成高压区域，B点形成低压区域，气体从高压区域A点流向低压区域B点，然后气体在压力差的作用下从蒸发室5通过A点流入到换热管32内；

步骤2)、冷却液体，蒸发后的气体由A点流向B点过程中，气体分子与U型金属管3内的换热管32接触，气体分子携带的热量传导至换热管32，热量经过换热管32传导到散热鳍片4，散热鳍片4通过风扇强制对流将散热鳍片4内热量扩散至环境中；

当气体由A点流向B点的过程中，因散热鳍片4被动持续散热，到达B点位置的气体分子的温度已降低到液化温度，此时气体分子液化为液体(或两相流)；

步骤3)、液化回流，到达B点的液化的工作流体9会被毛细结构管33的毛细结构壁31的毛细力作用快速吸收，毛细结构壁31吸收液体后使BC段气压降低，对AB段形成虹吸作用和蒸腾拉力作用，当B点到C点内的毛细结构壁31以及C点的毛细铜粉柱7内的液体达到饱和状态后，BC段具有持续的毛细力作用，BC段还会对AB段具有持续的虹吸力和蒸腾拉力，随着热载荷的温度增加，工作流体9的蒸发气化速度随之加快，虹吸力和蒸腾拉力随之增加，换热速度随之加快。

液体通过C点后流向蒸发室5内，流向蒸发室5内的液体受热后又蒸发气化成气体，气体再次从A点流向B点，由此持续循环，实现TLVC内工作流体9做定向流动，提高散热效率或者说提高换热效率。

其中，毛细铜粉柱7的作用是阻止蒸发室5内的工作流体9受热蒸发后的气体因压强差流向C点，毛细铜粉柱7阻止气体通过C点进入毛细结构管33，但是，通过B点后进入毛细结构管33的液体受到重力作用、毛细结构壁31的毛细力作用和毛细铜粉柱7的毛细力作用综合作用下向下流动，液体通过C点及毛细铜粉柱7并最终回流到蒸发室5内。

每一个U型金属管3均包括一位于中部的弯部、一体连结在弯部的第一侧的毛细结构管33以及一体连结在弯部的第二侧的换热管32，换热管32的管腔形成一蒸发通道，毛细结构管33的管腔形成一回流通道，U型金属管3具有从换热管32的管口延伸到毛细结构管33的管口的通道。

其中，A点在换热管32的下端部，B点在U型金属管3的弯部的中心位置(最高位)，C点在毛细结构管33的下端部，通过毛细铜粉柱7密闭蒸发室5与毛细结构管33的回流端口(C点)的设计，将换热管32的下部管口设置在蒸发室5的中心部的上方，换热管32直接连通蒸发室5且无阻挡，气体进入换热管32的通行截面面积相对极大且阻力极小，而气体通过毛细铜粉柱7的通行截面面积相对极小且阻力极大，增加使A点与B点形成压力差，使得在蒸发室5内的气压升高以后，气体通过A点进入换热管32的阻力远小于气体通过毛细铜粉柱7及B点的阻力，即毛细铜粉柱7是使A点与B点形成压力差的关键所在。

将高效换热蒸腾回路模组(TLVC蒸发器)锁附至测试治具后装入风洞设备进行测试，工作流体9选择纯水，测试参数：

1.Chip dimension:26x33mm

2.Power:1000W

3.Air flow:70CFM

4.Resistance:0.06W/m·K

5.Ambient Temp:25℃

TLVC蒸发器热模拟测试结果如表1所示。

表1TLVC蒸发器热热模拟测试表

Claims (9)

1.一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1)、冲压上下盖，通过冲压工艺对厚度为0.5-2mm的金属板材进行冲压成型加工，分别得到所需形状的一体成型的上盖和一体成型的下盖，上盖成型有贯穿上盖的多个上盖焊孔；

步骤2)、回流通道铜粉柱烧结，包括以下子步骤，

步骤2.1)、制作石墨治具，将石墨板材加工成烧结铜粉柱所需的型腔的第一石墨治具；

步骤2.2)、制作实心金属柱，选购或制作得到纯金属制成的实心的实心金属柱；

步骤2.3)、烧结毛细铜粉柱，将实心金属柱和目数为100～150目的铜粉分别置入第一石墨治具的型腔中，使铜粉填充满实心金属柱与第一石墨治具的型腔之间的环形空间，将实心金属柱定位并保持在型腔的中心位置，铜粉的颗粒之间具有间隙，通过烧结成型工艺将第一石墨治具内的实心金属柱或铜粉的材料表面加热至微融状态后降温，得到毛细铜粉柱，毛细铜粉柱包括竖直设置在中心部的实心金属柱以及烧结固定在实心金属柱的外围的毛细结构部，经微融烧结后铜粉的颗粒基本形状被保留下来并形成连结成一体的内部布满相互连通的孔隙的毛细结构部，将毛细铜粉柱的孔隙率占比30％～40％；步骤3)、下盖烧结：将高效换热蒸腾回路模组的下盖和金属网置入第二个石墨治具中，再置入扩散焊炉中加热至材料表面微融后降温，经过烧结成型工艺使金属网与下盖的内腔烧结成型并固定成一体，金属网设置有供毛细铜粉柱置入的预留位置；

步骤4)、金属管填粉烧结：

在中空金属管的管腔内插入熔点高于中空金属管的中心棒，将铜粉填入中空金属管与中心棒的环形空隙内，将铜粉全部压实在中空金属管的管腔的第一侧，铜粉相对环形空的总体积的体积占比为40-60％，中空金属管的管腔的第二侧保持中空，将填好铜粉的中空金属管置入高温炉进行烧结，加热至材料表面微融后降温，拔出中心棒，得到毛细结构胚管，

毛细结构胚管的第二侧的内管壁保持原管壁，

经微融烧结后铜粉的颗粒基本形状被保留下来并形成连结成一体的内部布满相互连通的孔隙的毛细结构壁，毛细结构胚管的第一侧的内管壁一体成型有毛细结构壁，毛细结构壁的内部布满相互连通的孔隙，毛细结构壁的孔隙率占比30％～40％，

步骤5)、弯管处理：通过弯管设备将毛细结构胚管弯曲成U型，裁切成所需要的尺寸长度，得到U型金属管，U型金属管中内壁附着有毛细结构壁的中空的管体为毛细结构管、保持原壁的管体为换热管；

步骤6)、蒸发器扩散焊：将毛细铜粉柱置入在对应的预留位置，以实现将毛细铜粉柱定位于下盖，再将上盖与下盖密封盖合，焊圈置入每个上盖焊孔，每一个U型金属管的毛细结构管的端部和换热管的端部分别沿上盖焊孔插入后入石墨治具，

上盖与下盖之间的空腔形成蒸发室，每一个U型金属管的换热管对应插装在蒸发室的中心部的上方对应的上盖焊孔，每一个U型金属管的毛细结构管对应插装在远离蒸发室的中心部的区域对应的上盖焊孔，

定位装配在蒸发室内的毛细铜粉柱的上端部插紧在毛细结构管的管腔中，

完成装配后入扩散焊炉烧结成型，烧结环境温度控制在900℃～1000℃，烧结时间控制在2～5H；

步骤7)、除气管焊接：在上盖或下盖设置有预留除气口，将除气管沿预留除气口位置放入，焊接位加入焊料，通过高频除气管焊接固定预留除气口，除气管密封连通预留除气口，预留除气口连通蒸发室；

步骤8)、退火还原：将高效换热蒸腾回路模组置入氧化还原炉进行恒温退火原还处理，退火原还处理过程中同时排出水汽，氧化还原炉的温度控制在650-700℃，恒温4-8小时；

步骤9)、注工作流体：通过注液设备将工作流体沿除气管注入蒸发室内，工作流体的注入重量为高效换热蒸腾回路模组内的全部毛细铜粉和全部毛细结构壁的孔隙总体积的80％～120％×工作流体密度，在工作流体未蒸发的初始状态下使工作流体的液面大于毛细铜粉柱的下部的底台的高度的50％；

步骤10)、真空除气：将注完工作流体的高效换热蒸腾回路模组的内部抽真空，去除内部空气，再掐紧除气管；

步骤11)、二次除气：将高效换热蒸腾回路模组的除气管朝上，对高效换热蒸腾回路模组进行加热，内部残留空气会因压强变化流向压力小的除气管，将除气管掐断焊头，完成除气管封口；

步骤12)、裁边整形：裁切多余余量并整形。

2.根据权利要求1所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：在所述步骤12)后进行以下步骤，

步骤13)、烘烤老化：将高效换热蒸腾回路模组置于烤箱内，烤箱温度设定为80-120℃，烘烤10-14小时；

步骤14)、功率测试：使用功率测试机台测试高效换热蒸腾回路模组的性能，调整好功率、预热温度、重力方向、测试时间和样品热阻值标准及相关测试参数，功率测试机台最终判定方式为高于样品热阻值判定为不良，低于样品热阻值判定为良品；

步骤15)、表面处理：包括对高效换热蒸腾回路模组进行抗氧化处理和镀镍表面处理，

步骤18)、外观检验包装：检查是否存在外观不良，检验合格后良品再包装入库。

3.根据权利要求1所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：

所述步骤1)中，所述金属板材选用厚度为0.1mm的铜板，

所述步骤2.1)中，所述第一石墨治具的型腔的截面形状为T形的圆台旋转体，所述步骤2.2)中，所述实心金属柱选用纯铜制成的圆柱体形状的直径为1～2mm的实心铜柱，

所述步骤2.3)中，所述铜粉包括形状为球体形状、多边形体形状或不规则形状的纯铜颗粒，在烧结毛细铜粉柱的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在900～1000℃、烧结时间控制在0.4-0.6小时，在铜粉的材料表面转变为微融状态后停止加热，冷却降温后形成所述毛细结构部，

所述步骤3)中，所述金属网是由铜、铜合金、铝或铝合金制成的厚度为0.1～0.2mm的网格，金属网的网格线径为0.05～0.2mm，金属网的网格形状为渔网形状，金属网的网格目数为100～200目，下盖烧结的过程中将烧结成型工艺的烧结温度控制在650℃～700℃、烧结时间控制在2～5小时，在金属网的材料表面转变为微融状态后停止加热，冷却降温后网格的基本形状被保留下来的金属网烧结固定在下盖的表面；

所述步骤4)中，中空金属管选用铜制成的圆形的内径为6-10mm的铜管，中心棒由陶瓷或不锈钢制成的圆柱体形状的实心的棒体，将毛细结构壁的厚度控制在0.2～1mm；

通过震动设备的震动将中空金属管内的铜粉压实，以实现提升烧结稳定性及烧结后形成的毛细结构壁的毛细力。

4.根据权利要求1所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：所述毛细结构部包括所述底台以及一体成型在底台的上部的柱塞，柱塞的截面形状为圆形，底台的横向截面大于柱塞的横向截面，柱塞插塞于所述毛细结构管的端部中，底台的顶面压贴上盖的底面，底台的底面压贴下盖的顶面，底台隔断并封闭毛细结构管的端部与所述蒸发室之间的通道，在所述工作流体未蒸发的初始状态下工作流体的液面高度为底台的高度的80-85％，在工作流体未蒸发的初始状态下将工作流体的液面与蒸发室的顶面之间的间距控制在1-2mm。

5.根据权利要求3所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：所述焊圈是由铜合金制成的薄型的圆环体，以焊圈为焊料将所述毛细结构管的端部、所述柱塞和所述上盖焊孔焊接固定成一体，同时使毛细结构管的端部和上盖形成一密封结构。

6.根据权利要求3所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：所述工作流体选用冷媒，在进行注工作流体之前先通过所述除气管进行抽真空处理，完成抽真空处理后再将工作流体沿除气管注入所述蒸发室。

7.根据权利要求3所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：

在进行所述步骤3)之前，先将所述金属网和所述下盖分别投入纯水箱中，利用超声波将油污杂质清洗干净；

在进行所述步骤6)之前，先将所述上盖、下盖和所述U型金属管分别投入纯水箱中，利用超声波将油污杂质清洗干净。

8.根据权利要求3所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：所述高效换热蒸腾回路模组包括由上盖和下盖组成的主体、多个所述U型金属管和多个散热鳍片，主体的内部设置有所述蒸发室，高效换热蒸腾回路模组沿横向方向设置有左右两个相对设置的所述U型金属管，高效换热蒸腾回路模组的左侧和右两侧分别沿纵向方向间隔设置有多个U型金属管，各散热鳍片分别与各U型金属管固定连接或密切接触，各U型金属管分别固定在上盖，各U型金属管的两端部分别连通蒸发室。

9.根据权利要求8所述的一种大功率高效换热的蒸腾回路模组的生产方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述上盖的中部具有下凹区，蒸发室的中部区域的具有一相对下沉设置的底面，蒸发室的中部区域的内部高度比蒸发室的四周区域的内部高度高3-5mm。

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