CN116709725A - 高密度复合散热器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种高密度复合散热器，包括电路基板，发热元器件，第一散热元件，以及第二散热元件，电路基板上设有安装位；发热元器件安装在所述安装位上；安装位对应所述发热元器件的下表面设有导热区，发热元器件的一面贴合在所述导热区的上表面；第一散热元件的一面贴合在导热区与发热元器件的相反一面；第二散热元件包括贴合在发热元器件上表面的传热块、一体复合于传热块一面的散热块，以及设于散热块与传热块之间的导热管，导热管的一端与第一散热元件连接、另一端伸出至第二散热元件外部。本发明尤其是针对一些高性能高负载的发热元器件进行高速传热和散热，散热效率高，传热效率高。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，特别是涉及一种高密度复合散热器。
背景技术
随着科技的不断发展，生产及生活中都融入了很多科技产品，这些科技产品在给人们的生产、生活提供方便的同时，自身在能量转换的过程中会不断发热，如何保证这些产品的正常运行，首先，要解决它们的散热问题，特别是在一些功率较高的设备内部，由于设备的工作效率不断提高，同时周边的电子组件也不断增多，使得设备整体发热量也随之大幅提升，传统散热装置多为散热片加风扇的冷却方式，该冷却方式已渐渐不能满足大功率设备的散热需求，常常使设备因温度过高而不能正常运转。尤其是针对一些高性能负载的发热元器件，不能有效的进行传热和散热，影响使用。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种尤其是针对一些高性能高负载的发热元器件进行高速传热和散热，散热效率高，传热效率高的高密度复合散热器。
本发明所采用的技术方案是：一种高密度复合散热器，包括电路基板，发热元器件，第一散热元件，以及第二散热元件，所述电路基板上设有安装位；所述发热元器件安装在所述安装位上；所述安装位对应所述发热元器件的下表面设有导热区，所述发热元器件的一面贴合在所述导热区的上表面；所述第一散热元件的一面贴合在导热区与发热元器件的相反一面；所述第二散热元件包括贴合在发热元器件上表面的传热块、一体复合于传热块一面的散热块，以及设于散热块与传热块之间的导热管，所述导热管的一端与第一散热元件连接、另一端伸出至第二散热元件外部；
所述传热块的一面设有喷涂层，所述喷涂层由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在传热块上形成，所述喷涂层的一面与发热元器件贴合；所述散热块为铝合金散热块，所述铝合金散热块通过熔铸与传热块的一面复合连接，所述铝合金散热块通过熔铸将导热管包覆在传热块上。
对上述方案的进一步改进为，所述电路基板包括依次连接的表面层、覆铜层、绝缘层、印刷电路层、以及保护层，所述导热区包括上槽区、以及下槽区，所述上槽区设置在表面层，所述上槽区用于覆铜层外露在表面层的外部。
对上述方案的进一步改进为，所述下槽区设置在保护层，所述下槽区的一面连通至覆铜层，所述第一散热元件的一面贴合在覆铜层。
对上述方案的进一步改进为，所述发热元器件为电子元器件，所述发热元器件的两侧设有多个接电引脚，所述电路基板的下表面设有导电接触位，所述电路基板位于导热区的两侧设有插孔，所述接电引脚呈Z字形状设置，所述接电引脚的一端穿过插孔、并与导电接触位连接。
对上述方案的进一步改进为，所述第一散热元件包括散热本体，所述散热本体的一面贴合在导热区、另一面与导热管连接；所述散热本体与导热区贴合的一面喷涂有密度层，所述密度层用于将散热本体与导热区连接。
对上述方案的进一步改进为，所述密度层由纳米级的石墨烯喷涂在传热块上形成。
对上述方案的进一步改进为，所述散热本体由铜材制成，所述散热本体的一面通过冶金结合形成有铝合金层，所述导热管设于铝合金层与散热本体之间；所述密度层由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在散热本体上形成。
对上述方案的进一步改进为，所述导热管为导热铜管，所述导热铜管内设有冷却腔，所述冷却腔内流动有冷却液，所述冷却腔的内壁呈波浪状或阶梯状设置。
对上述方案的进一步改进为，所述传热块的外周设有镂空台，所述镂空台的边角处设有连接柱，所述电路基板的表面开设有通孔，所述通孔的一端设有连接螺钉，所述连接螺钉的外径套设有压紧弹簧，所述连接螺钉设有抵接杯头，所述压紧弹簧的两端分别抵接于电路基板和抵接杯头，所述连接螺钉的一端与连接柱连接，所述压紧弹簧用于传热块与发热元器件贴合时施加压力。
对上述方案的进一步改进为，所述传热块的上表面为粗糙面，所述导热管为导热铜管，所述导热铜管位于铝合金散热块与传热块之间设有熔铸槽，所述铝合金散热块通过熔铸将熔铸槽和粗糙面包覆，所述传热块为传热铜块。
对上述方案的进一步改进为，所述散热块的上表面纵横交错开设有多个散热槽，所述散热槽为V型槽。
本发明的有益效果是：
相比现有的散热器，本发明将电路基板和发热元器件连接在一起，并通过第一散热元件盒第二散热元件配合用于发热元器件进行散热，形成了双面的复合散热结构，能够实现高密度、高效率的传热和散热，尤其是针对一些高性能高负载的发热元器件进行高速传热和散热，散热效率高，传热效率高；解决了现有针对高速、高负载的发热元器件散热效率不够的问题。
第二散热元件包括贴合在发热元器件上表面的传热块、一体复合于传热块一面的散热块，以及设于散热块与传热块之间的导热管，所述导热管的一端与第一散热元件连接、另一端伸出至第二散热元件外部；通过传热块和散热块配合进行导热和散热，并在两者之间设置导热管进行导热，导热管的一端还与第一散热元件连接，能够进一步保证散热和传热效果。
传热块的一面设有喷涂层，所述喷涂层由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在传热块上形成，所述喷涂层的一面与发热元器件贴合；所述散热块为铝合金散热块，所述铝合金散热块通过熔铸与传热块的一面复合连接，所述铝合金散热块通过熔铸将导热管包覆在传热块上，具体是，在成型过程中，是将铝合金熔铸与铜质的传热块复合形成一体，在热熔连接过程中，由于铜分子受热软化，能够更加充分的与融化后的铝液复合成一体，结合效果更好，传热导热系数更高。另外，采用纳米级的铜粉末颗粒喷涂在传热块上形成的喷涂层，喷涂后再通过加工形成镜面结构，在喷涂过程中可以将表面的微孔等结构进行填充，填充后使得结构密度更高，传热系数更好。
附图说明
图1为本发明高密度复合散热器的立体示意图；
图2为图1中高密度复合散热器另一视角的立体示意图；
图3为图1中高密度复合散热器的部分剖视图；
图4为图3中的A处放大示意图；
图5为图4中的B处放大示意图。
附图标记说明：电路基板1、安装位11、上槽区111、下槽区112、表面层12、覆铜层13、绝缘层14、印刷电路层15、保护层16、导电接触位17、发热元器件2、接电引脚21、第一散热元件3、散热本体31、密度层311、铝合金层32、第二散热元件4、传热块41、喷涂层411、镂空台412、连接柱413、连接螺钉414、压紧弹簧415、抵接杯头416、散热块42、散热槽421、导热管43、冷却腔431。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1～图5所示，本发明的一种实施例中，涉及了一种高密度复合散热器，设置了电路基板1，发热元器件2，第一散热元件3，以及第二散热元件4，所述电路基板1上设有安装位11；所述发热元器件2安装在所述安装位11上；所述安装位11对应所述发热元器件2的下表面设有导热区，所述发热元器件2的一面贴合在所述导热区的上表面；所述第一散热元件3的一面贴合在导热区与发热元器件2的相反一面；第二散热元件4包括贴合在发热元器件2上表面的传热块41、一体复合于传热块41一面的散热块42，以及设于散热块42与传热块41之间的导热管43，所述导热管43的一端与第一散热元件3连接、另一端伸出至第二散热元件4外部；通过传热块41和散热块42配合进行导热和散热，并在两者之间设置导热管43进行导热，导热管43的一端还与第一散热元件3连接，能够进一步保证散热和传热效果。
传热块41的一面设有喷涂层411，所述喷涂层411由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在传热块41上形成，所述喷涂层411的一面与发热元器件2贴合；所述散热块42为铝合金散热块42，所述铝合金散热块42通过熔铸与传热块41的一面复合连接，所述铝合金散热块42通过熔铸将导热管43包覆在传热块41上，具体是，在成型过程中，是将铝合金熔铸与铜质的传热块41复合形成一体，在热熔连接过程中，由于铜分子受热软化，能够更加充分的与融化后的铝液复合成一体，结合效果更好，传热导热系数更高。另外，采用纳米级的铜粉末颗粒喷涂在传热块41上形成的喷涂层411，喷涂后再通过加工形成镜面结构，在喷涂过程中可以将表面的微孔等结构进行填充，填充后使得结构密度更高，传热系数更好。本实施例中，经试验，相比传统的水冷散热器散热效率提升40％以上。
参阅图5所示，电路基板1包括依次连接的表面层12、覆铜层13、绝缘层14、印刷电路层15、以及保护层16，所述导热区包括上槽区111、以及下槽区112，所述上槽区111设置在表面层12，所述上槽区111用于覆铜层13外露在表面层12的外部；进一步改进为，下槽区112设置在保护层16，所述下槽区112的一面连通至覆铜层13，所述第一散热元件3的一面贴合在覆铜层13，通过印刷电路层15用于配合发热元器件2进行导电连接，并通过上槽区111和下槽区112的配合，使得覆铜层13用于贴合发热元器件2的下表面进行传热，进一步提升传热效果。本实施例中，对电路基板1做了覆铜结构进行传热，使得电路基板1本身也具有较好的传热性。
发热元器件2为电子元器件，所述发热元器件2的两侧设有多个接电引脚21，所述电路基板1的下表面设有导电接触位17，所述电路基板1位于导热区的两侧设有插孔，所述接电引脚21呈Z字形状设置，所述接电引脚21的一端穿过插孔、并与导电接触位17连接，电子元器件通过接电引脚21用于导电接触，而且设置Z字形状的结构，穿过插孔进行焊接。结合上述实施例中，Z字形状的接电引脚21配合印刷电路层15进行焊接导电，结构稳定，传热和导电稳定。
第一散热元件3包括散热本体31，所述散热本体31的一面贴合在导热区、另一面与导热管43连接；所述散热本体31与导热区贴合的一面喷涂有密度层311，所述密度层311用于将散热本体31与导热区连接，通过喷涂密度层311增加连接面的密度，在接触导热时效率更高。
上述实施例中，密度层311由纳米级的石墨烯喷涂在传热块41上形成，采用最高散热系数的石墨烯喷涂形成的密度层311，传热系数高。
上述实施例中，散热本体31由铜材制成，所述散热本体31的一面通过冶金结合形成有铝合金层32，所述导热管43设于铝合金层32与散热本体31之间；所述密度层311由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在散热本体31上形成，本实施例采用的是铜材与铝材结合形成的散热结构，而且采用纳米级的铜粉末进行喷涂，具体采用为0.1μm～3.0μm粒径的粉末进行喷涂，而且采用的是高压冷喷涂，使得粉末结合效果更佳，一体性更好，密度更高。
导热管43为导热铜管，所述导热铜管内设有冷却腔431，所述冷却腔431内流动有冷却液，所述冷却腔431的内壁呈波浪状或阶梯状设置，通过冷却液将导热管43形成为水冷流动导管，能够大大提升导热和散热效率。
传热块41的外周设有镂空台412，所述镂空台412的边角处设有连接柱413，所述电路基板1的表面开设有通孔，所述通孔的一端设有连接螺钉414，所述连接螺钉414的外径套设有压紧弹簧415，所述连接螺钉414设有抵接杯头416，所述压紧弹簧415的两端分别抵接于电路基板1和抵接杯头416，所述连接螺钉414的一端与连接柱413连接，所述压紧弹簧415用于传热块41与发热元器件2贴合时施加压力，本实施例中，通过连接柱413配合压紧弹簧415和连接螺钉414进行连接，在锁紧连接后，在压紧弹簧415的作用下使得传热块41与发热元器件2的接触稳定，而且也不会因为施加的力度较大对发热元器件2造成损坏。
传热块41的上表面为粗糙面，所述导热管43为导热铜管，所述导热铜管位于铝合金散热块42与传热块41之间设有熔铸槽，所述铝合金散热块42通过熔铸将熔铸槽和粗糙面包覆，所述传热块41为传热铜块，采用粗糙面与铝合金散热块42进行熔铸，在熔铸过程中能够熔铸连接的面积更大，而且在高温熔铸过程中，铝合金在660℃～700℃融化成铝液，将将传热块41固定在浇铸治具上，将铝液浇铸在治具上，在高温作用下，使得铜质的传热块41表面在高温作用下，铜分子软化，与铝液进行融合形成一体，经过冷却后两者结合形成一体。
散热块42的上表面纵横交错开设有多个散热槽421，所述散热槽421为V型槽。
本发明将电路基板1和发热元器件2连接在一起，并通过第一散热元件3盒第二散热元件4配合用于发热元器件2进行散热，形成了双面的复合散热结构，能够实现高密度、高效率的传热和散热，尤其是针对一些高性能高负载的发热元器件2进行高速传热和散热，散热效率高，传热效率高；解决了现有针对高速、高负载的发热元器件2散热效率不够的问题。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高密度复合散热器，其特征在于：包括
电路基板，所述电路基板上设有安装位；
发热元器件，所述发热元器件安装在所述安装位上；所述安装位对应所述发热元器件的下表面设有导热区，所述发热元器件的一面贴合在所述导热区的上表面；
第一散热元件，所述第一散热元件的一面贴合在导热区与发热元器件的相反一面；
第二散热元件，所述第二散热元件包括贴合在发热元器件上表面的传热块、一体复合于传热块一面的散热块，以及设于散热块与传热块之间的导热管，所述导热管的一端与第一散热元件连接、另一端伸出至第二散热元件外部；
所述传热块的一面设有喷涂层，所述喷涂层由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在传热块上形成，所述喷涂层的一面与发热元器件贴合；所述散热块为铝合金散热块，所述铝合金散热块通过熔铸与传热块的一面复合连接，所述铝合金散热块通过熔铸将导热管包覆在传热块上。
2.根据权利要求1所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述电路基板包括依次连接的表面层、覆铜层、绝缘层、印刷电路层、以及保护层，所述导热区包括上槽区、以及下槽区，所述上槽区设置在表面层，所述上槽区用于覆铜层外露在表面层的外部。
3.根据权利要求2所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述下槽区设置在保护层，所述下槽区的一面连通至覆铜层，所述第一散热元件的一面贴合在覆铜层。
4.根据权利要求1所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述发热元器件为电子元器件，所述发热元器件的两侧设有多个接电引脚，所述电路基板的下表面设有导电接触位，所述电路基板位于导热区的两侧设有插孔，所述接电引脚呈Z字形状设置，所述接电引脚的一端穿过插孔、并与导电接触位连接。
5.根据权利要求1所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述第一散热元件包括散热本体，所述散热本体的一面贴合在导热区、另一面与导热管连接；所述散热本体与导热区贴合的一面喷涂有密度层，所述密度层用于将散热本体与导热区连接。
6.根据权利要求5所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述密度层由纳米级的石墨烯喷涂在传热块上形成。
7.根据权利要求5所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述散热本体由铜材制成，所述散热本体的一面通过冶金结合形成有铝合金层，所述导热管设于铝合金层与散热本体之间；所述密度层由纳米级的铜粉末颗粒喷涂在散热本体上形成。
8.根据权利要求1所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述导热管为导热铜管，所述导热铜管内设有冷却腔，所述冷却腔内流动有冷却液，所述冷却腔的内壁呈波浪状或阶梯状设置。
9.根据权利要求1所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述传热块的外周设有镂空台，所述镂空台的边角处设有连接柱，所述电路基板的表面开设有通孔，所述通孔的一端设有连接螺钉，所述连接螺钉的外径套设有压紧弹簧，所述连接螺钉设有抵接杯头，所述压紧弹簧的两端分别抵接于电路基板和抵接杯头，所述连接螺钉的一端与连接柱连接，所述压紧弹簧用于传热块与发热元器件贴合时施加压力。
10.根据权利要求1所述的高密度复合散热器，其特征在于：所述传热块的上表面为粗糙面，所述导热管为导热铜管，所述导热铜管位于铝合金散热块与传热块之间设有熔铸槽，所述铝合金散热块通过熔铸将熔铸槽和粗糙面包覆，所述传热块为传热铜块；
所述散热块的上表面纵横交错开设有多个散热槽，所述散热槽为V型槽。
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