CN201210781Y - 高性能电子器件散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电子器件的散热冷却装置，特别涉及用于电子器件高热流密度条件下的高性能电子器件散热装置。本装置包括有蒸发器、冷凝器(2)和软塑料毛细管(3)，蒸发器、软塑料毛细管(3)和冷凝器(2)串连成单向循环回路。蒸发器的毛细芯为固定在基板(6)上的组合毛细芯，包括有内外两层，且内层毛细芯的孔径较大，外层毛细芯的孔径较小。本散热装置可以对高热流密度电子器件进行即时充分的冷却，从而满足高性能计算机芯片、高能激光器及其他电子器件的散热要求。

Description

高性能电子器件散热装置

技术领域

本实用新型涉及电子器件的散热冷却装置，特别涉及用于电子器件高热流密度条件下的高性能电子器件散热装置。

背景技术

随着电子器件的高频、高速以及集成电路技术的迅速发展和MEMS(MicroElectronic Mechanical System)技术的进步，使得单位容积电子器件的发热量和热流密度大幅度增加，散热装置的布置和设计遇到的约束越来越多。以微电子芯片的设计为例，目前一般已达(60～100)W/cm²，最高达到200W/cm²以上。常用传统的散热方式如风冷(强制对流)，由于其冷却效率与风扇的速度成正比。当热流密度达到一定的数值时，这种冷却方式显得力不从心。流行的散热方式还包括：水冷散热、半导体制冷、热管技术。针对电子器件功率密度的继续增大，中国专利99253842.4提出了水冷技术，水冷的优点是冷却效果突出，但是水冷系统的结构非常复杂，按照冷却要求，其水筒的容量至少在20升以上，并且它本身还有致命的缺点-安全问题，一旦水冷系统出现泄露，将会导致计算机损坏。由于相变换热的方式传热效率很高，利用相变换热技术对CPU进行冷却的产品也已经出现，如CPL散热装置，CPL是一种利用工质的相变潜热传递热量的装置，它具有传递热量大，控温精度高、能耗低以及等温性好的特点，是电子器件冷却的理想系统，蒸发器是CPL系统中的一个重要部件。目前，用于CPL系统的蒸发器主要是管式蒸发器，管式蒸发器的缺点之一是：为了将管式蒸发器用于散热，必须附加一个冷板，将冷板与负荷表面相接触，以达到散热的目的，但采取这种传热方式增加了热阻，降低了系统的传热效率。另外，管式蒸发器所采用的毛细芯，一般都是将粉末烧结形成多孔结构后再与管子内表面粘结在一起。这就造成在管子内表面与毛细芯之间存在附加热阻，影响热量的传递。

中国专利03137561.8提出一种新型的冷却技术：利用微型制冷系统对计算机CPU进行冷却，该技术具有可对CPU进行主动降温冷却，具有结构紧凑、可靠性高、操作简单的特点。但是该技术造价高、系统复杂。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种传热效率高、无需泵等外加动力源，适用于高热流密度电子器件冷却的微型被动换热装置。

为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。包括有蒸发器、冷凝器和软塑料毛细管，蒸发器、软塑料毛细管和冷凝器串连成单向循环回路。蒸发器的毛细芯为组合毛细芯，所述的组合毛细芯包括有依次固定在基板6上的内层毛细芯7和外层毛细芯8，且内层毛细芯7的孔径大于外层毛细芯8的孔径。

所述的组合毛细芯为多层金属丝网组合而成，其中：毛细芯的内层丝网的孔径大于15μm，外层丝网的孔径范围为5μm～10μm。

所述的连接蒸发器1和冷凝器2的回路上设有微止回阀5。

所述的冷凝器2为自然空冷式或强制空冷式冷凝器。

本实用新型微型换热装置的工作原理和过程如下：起始时，在整个装置内充入一定量的液体工质。高热流密度电子元件通过硅胶与毛细蒸发器的受热面紧密贴和，蒸发器内的液体工质在毛细力的作用下上升，热量通过毛细芯的导热到达汽-液界面，在汽-液界面处液体开始蒸发，蒸气流入蒸发器的空腔，增加毛细芯的压头，降低其流动阻力可以增加蒸发器传递热量的能力、降低热过头效应。本装置采用了多层毛细芯(内层采用网孔尺寸较大的丝网，外层采用网孔尺寸较小的丝网)，这样蒸发器在工作时，内层毛细芯孔径较大，液态工质流动阻力小，以降低蒸发器的压力损失，从而提高蒸发器的传热能力。毛细芯与板之间采用真空热处理技术，使之成为一个整体，消除毛细芯与基板之间的基础热阻力，改善热过头效应，增加了毛细芯蒸发器的传热能力。蒸发器中的蒸气通过连接管路进入冷凝器，冷凝后的液体在管路所提供压头的作用下进入蒸发器，重新进入下一个新的循环过程。既蒸发器液体蒸发-蒸气进入冷凝器-冷凝后的液体再次进入蒸发器，这样，工质在周而复始的循环过程中，将发热电子器件散失的热量不断带走。

本实用新型的有益效果：

1)由于本实用新型采用了多层丝网毛细芯，可以在提高毛细驱动力的同时降低其流动阻力；

2)基板换热面为平面，用于电子设备散热时，无需另外附加冷板，消除了一般CPL系统中由于附加冷板而增加的附加热阻。

3)本散热装置可以对高热流密度电子器件进行即时充分的冷却，从而满足高性能计算机芯片、高能激光器及其他电子器件的散热要求。

附图说明

图1本实用新型的结构示意图

图2(a)为毛细芯蒸发面的示意图

图2(b)为图2(a)的A-A剖示图

图3蒸发器结构的示意图

图4冷凝器的结构示意图

图中：1、毛细芯蒸发器，2、冷凝器，3、毛细管，4、电子器件，5、微截止阀，6、基板，7、内层毛细芯，8、外层毛细芯。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型微型换热装置组成结构如图1所示，主要包括毛细芯蒸发器1、冷凝器2及软塑料毛细管3，通过软塑料毛细管3按冷凝器2、毛细蒸发器1的顺序串联形成单向循环回路，在软塑料毛细管路上设有微截止阀5，在组合毛细芯的作用下，使充于回路中的液体工质在回路中循环。

本实用新型毛细芯蒸发器的布置形式如图2所示，蒸发器1的蒸发面由金属板和多层金属丝网通过热处理的方法处理为一个整体，这样可以有效减少金属板与丝网之间的接触热阻。组成毛细芯的内层丝网的孔径范围为15μm以上，外层丝网的孔径范围为5μm～10μm。组合毛细芯可增强液体的毛细抽吸力，降低其流动阻力，从而增强蒸发器的传热能力。本实施例中的丝网为多层金属丝网。

图4所示为冷凝器的结构，由于换热而产生的蒸汽将通过管路进入冷凝器内的空腔内部，在冷凝器的上布置有散热片，散热片可通过自然对流的方式散热来冷却工质，还可在散热片的上部安装有风扇，风扇通过强制对流的散热方式使冷凝器的蒸气凝结为液体，重新进入管路循环。在本实用新型电子器件散热装置中，冷凝器用来冷却毛细芯蒸发器内液体工质的蒸发所产生的蒸气。本实施例中的冷凝器为自然空冷式或强制空冷式冷凝器。

本实用新型电子散热装置与高热流密度电子器件的之间通过导热硅脂紧密贴合，当电子器件开始工作时。散热装置开始工作，回路中的液体在毛细蒸发器内受热蒸发变为蒸气，蒸汽在通过回路中的蒸汽段回至冷凝器的内部，冷凝器通过布置于其散热片上部的风扇的强制对流进行散热。最后蒸气凝结于冷凝器中。随之，另一循环过程开始。

Claims (4)

1、高性能电子器件散热装置，包括有蒸发器、冷凝器(2)和软塑料毛细管(3)，蒸发器、软塑料毛细管(3)和冷凝器(2)串连成单向循环回路；其特征在于：蒸发器的毛细芯为组合毛细芯，所述的组合毛细芯包括有依次固定在基板(6)上的内层毛细芯(7)和外层毛细芯(8)，且内层毛细芯(7)的孔径大于外层毛细芯(8)的孔径。

2、根据权利要求1所述的高性能电子器件散热装置，其特征在于：所述的组合毛细芯为多层金属丝网组合而成，其中：毛细芯的内层丝网的孔径大于15μm，外层丝网的孔径范围为5μm～10μm。

3、根据权利要求1或权利要求2所述的高性能电子器件散热装置，其特征在于：所述连接蒸发器(1)和冷凝器(2)的回路上设有微止回阀(5)。

4、根据权利要求1或权利要求2所述的高性能电子器件散热装置，其特征在于：所述的冷凝器(2)为自然空冷式或强制空冷式冷凝器。

Images