CN206585883U - 弯折板状热超导散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种弯折板状热超导散热器，所述弯折板状热超导散热器为弯折状复合板式结构，所述弯折板状热超导散热器内设有环形热超导管路分布区域，所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。本实用新型的弯折板状热超导散热器设置为弯折板状结构，可以增加热超导散热器的表面积，结构更加紧凑、体积更小；弯折板状热超导散热器中设有环形热超导管路分布区域，并所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，可以强制形成环路状的工质循环路径，使得所述弯折板状热超导散热器上的温度更加均匀。

Description

弯折板状热超导散热器

技术领域

本实用新型涉及一种大功率电子器件散热用散热器，特别是涉及一种弯折板状热超导散热器。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，模块化、集成化、轻量化、低成本化和高可靠性的要求越来越高，因此在太阳能逆变器、不间断电源(UPS)、充电桩、功率变换器(PCS)、有源电力滤波器(APF)、静态无功补偿器(SVG)、变频器等电力设备上普遍采用MosFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、Diode(二极管)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等功率器件。由于这些功率元器件的集成度越来越高，功率密度也越来越大，在工作时自身产生的热量也越来越大，若不能及时快速将功率器件产生的热散除，会导致功率器件中的芯片温度升高，轻则造成效能降低，缩短使用寿命，重则会导致功率器件的失效和芯片的烧毁炸管。因此解决大功率器件散热问题一直是困扰大功率器件封装厂商和使用厂商的核心问题之一。

为了有效解决功率器件的散热问题，通常将功率元器件固定在散热器的基板上，通过基板将热量传导至散热器的散热翅片上，散热翅片与空气接触面积大，通过空气与翅片表面的对流换热，将热量散发到周围环境中。

目前普遍采用自然对流或强制对流的铝型材散热器，包括铝插片式散热器、铝铲片式散热器、铝挤型散热器和铝焊接翅片式。由于铝和铝合金的导热系数在220W/m.K以内，散热片的翅片效率比较低，热扩散性能差，因此散热翅片受成本和重量限制，翅片厚度为0.8mm-2.0mm，翅片高度在90mm以内，散热器基板与散热翅片长度一致，且功率器件要均布在散热器基板上，以减小基板扩散热阻，提高散热器的散热能力。因此散热器体积较大，重量较重。随着大功率器件性能的提升，其单个器件热流密度的增加，以及对体积小和重量轻的要求的提高，常规铝散热器已不能满足高热流密度大功率模块的散热需求。

因此，急需开发一种既能满足高热流密度、大功率模块散热需求，又高效可靠、体积小、性价比高、可代替液冷散热的通用性高效能散热器。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种弯折板状热超导散热器，用于解决现有技术中的铝型材散热器存在的体积大、重量重、散热能力差，不能满足高热流密度大功率模块的散热需求的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种弯折板状热超导散热器，所述弯折板状热超导散热器为弯折状复合板式结构，所述弯折板状热超导散热器内设有环形热超导管路分布区域，所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。

作为本实用新型的弯折板状热超导散热器的一种优选方案，所述弯折板状热超导散热器包括热源固定部及弯折部，所述热源固定部与所述弯折部为一体化成型结构。

作为本实用新型的弯折板状热超导散热器的一种优选方案，所述弯折部为螺旋卷曲状弯折结构。

作为本实用新型的弯折板状热超导散热器的一种优选方案，所述弯折部为波浪状弯折结构。

作为本实用新型的弯折板状热超导散热器的一种优选方案，所述热源固定部的一表面为热源固定面，所述弯折部位于所述热源固定部远离所述热源固定面的一侧。

作为本实用新型的弯折板状热超导散热器的一种优选方案，所述弯折板状热超导散热器呈单面胀形态、双面胀形态或双面平形态。

作为本实用新型的弯折板状热超导散热器的一种优选方案，所述热超导管路的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、矩形网格状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。

如上所述，本实用新型的弯折板状热超导散热器，具有以下有益效果：

1.本实用新型的弯折板状热超导散热器导热快、散热效率高(高达95％以上)、散热效率几乎不随其高度、宽度和厚度而变化，结构灵活多样，散热能力强，可以解决高热流密度和大热量功率器件的散热需求，突破风冷散热器的散热能力极限的限制；

2.本实用新型的弯折板状热超导散热器不受低温的限制，可在零下40℃正常工作，可以解决水冷散热器在冬天高寒地区低温下的需要加热循环液体的缺陷，以及热管散热器在冬天低温下的失效难题，有更好的工作适应性能；

3.本实用新型的弯折板状热超导散热器设置为弯折板状结构，可以增加热超导散热器的表面积，结构更加紧凑、体积更小；

4.本实用新型的弯折板状热超导散热器中设有环形热超导管路分布区域，并所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，可以强制形成环路状的工质循环路径，使得所述弯折板状热超导散热器上的温度更加均匀；

5.本实用新型的弯折板状热超导散热器制造方便灵活，成本低，散热能力大，重量轻、体积小，结构简单紧凑、成本低，可将大功率器件直接固定在散热器上，且不受低温的限制，可适用于高寒地区冬天低温下使用，解决热管和水冷散热器的防冻问题，具有非常好的适用性和广阔的应用市场。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一中提供的弯折板状热超导散热器立体结构示意图。

图2显示为本实用新型实施例一中提供的弯折板状热超导散热器的俯视结构示意图。

图3显示为本实用新型实施例一中提供的弯折板状热超导散热器中的热超导散热翅片的管道部分局部截面放大图。

图4显示为本实用新型实施例一中提供的弯折板状热超导散热器中的热超导管路的形状为六边形蜂窝状的结构示意图。

图5显示为本实用新型实施例一中提供的弯折板状热超导散热器中的热超导管路的形状为矩形网格状的结构示意图。

图6显示为本实用新型实施二中提供的弯折板状热超导散热器的正视结构示意图。

图7显示为本实用新型实施例二中提供的弯折板状热超导散热器的俯视结构示意图。

元件标号说明

1 弯折板状热超导散热器

11 热源固定部

12 弯折部

13 环形热超导管路分布区域

14 热超导管路

141 灌装口

15 凸起结构

16 非管路部分

17 传热工质

18 第一板材

19 第二板材

2 功率器件

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，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实用新型的其他优点与功效。本实用新型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，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图7。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实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型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形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1至图5，本实用新型提供一种弯折板状热超导散热器，所述弯折板状热超导散热器为弯折状复合板式结构，所述弯折板状热超导散热器内设有环形热超导管路分布区域(即图4及图5中虚线框之间的区域)，所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路14，所述热超导管路14为封闭管路，所述热超导管路14内填充有传热工质17。

热超导传热技术是通过在密封的相互连通的热超导管路内充装传热工质，通过控制密封的热超导管路内的传热工质的微结构状态，使得在传热过程中，液态传热工质的沸腾(或气态传热工质的冷凝)被抑制，并在此基础上达到传热工质微结构的一致性，从而实现高效传热的相变抑制传热技术，热超导传热技术具有快速导热特性，其当量导热系数可达4000W/m℃以上，可实现整个热超导散热器的均温，因此，本实用新型的弯折板状热超导散热器导热快、散热效率高(高达95％以上)、散热效率几乎不随其高度、宽度和厚度而变化，结构灵活多样，散热能力强，可以解决高热流密度和大热量功率器件的散热需求，突破风冷散热器的散热能力极限的限制；本实用新型的弯折板状热超导散热器不受低温的限制，可在零下40℃正常工作，可以解决水冷散热器在冬天高寒地区低温下的需要加热循环液体的缺陷，以及热管散热器在冬天低温下的失效难题，有更好的工作适应性能；同时，将本实用新型的弯折板状热超导散热器设置为弯折板状结构，可以增加热超导散热器的表面积，结构更加紧凑、体积更小；此外，本实用新型的弯折板状热超导散热器制造方便灵活，散热能力大，重量轻、体积小，结构简单紧凑、成本低，可将大功率器件直接固定在散热器上，且不受低温的限制，可适用于高寒地区冬天低温下使用，解决热管和水冷散热器的防冻问题，具有非常好的适用性和广阔的应用市场。同时，在所述弯折板状热超导散热器内设有环形热超导管路分布区域，并所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路14，可以强制形成环路状的工质循环路径，使得所述弯折板状热超导散热器上的温度更加均匀。

作为示例，所述弯折板状热超导散热器可以包括热源固定部11及弯折部12，所述热源固定部11与所述弯折部12为一体化成型结构，即所述弯折板状热超导散热器为一块完整的复合板式结构，本实用新型中为了便于说明，将所述弯折板状热超导散热器人为分为所述热源固定部11及所述弯折部12。

作为示例，所述弯折部12的形状可以根据实际需要进行设定，优选地，本实施例中，所述弯折部12的形状为螺旋卷曲状，即所述弯折部12为螺旋卷曲状弯折结构。将所述弯折部12设置为螺旋卷曲状弯折结构，可以使得所述弯折板状热超导散热器具有结构紧凑、外观简洁、体积小、换热面积大等特点。

作为示例，所述热源固定部11的一表面为热源固定面，所述弯折部12位于所述热源固定部11远离所述热源固定面的一侧，即所述热源固定部11远离所述弯折部12的表面为热源固定面，功率器件2固定于所述热源固定面上。所述热源固定部11的表面可以设有螺丝孔(未示出)，所述功率器件2通过螺丝经由所述螺丝孔固定于所述热源固定面上；当然，在其他示例中，所述功率器件2还可以通过焊接、使用导热胶粘合等方式固定于所述热源固定面上。

作为示例，如图3所示，所述弯折板状热超导散热器可以呈单面胀形态，所述弯折板状热超导散热器包括第一板材18及第二板材19，所述第一板材18与所述第二板材19通过辊压工艺复合在一起；所述热超导管路14通过吹胀工艺形成，在形成所述热超导管路14的同时，在所述第一板材18的表面形成与所述热超导管路14相对应的凸起结构15。当然，在其他示例中，通过吹胀工艺在形成所述热超导管路14的同时，也可以在所述第二板材19的表面形成与所述热超导管路14相对应的凸起结构15。需要说明的是，无论所述凸起结构15形成于所述第一板材18表面还是形成与所述第二板材19表面，需要确保所述热源固定部11的热源固定面为平面。

除了如图3所示的结构，所述弯折板状热超导散热器包括所述第一板材18及所述第二板材19时，还可以通过吹胀工艺在形成所述热超导管路14的同时，在所述第一板材18及所述第二板材19的表面同时形成与所述热超导管路14相对应的所述凸起结构15，即所述弯折板状热超导散热器呈双面胀形态。同样，需要说明的是，当所述弯折板状热超导散热器呈双面胀形态时，同样需要确保所述热源固定部11的热源固定面为平面。此外，所述弯折板状热超导散热器还可以呈双面平形态，此时，所述弯折板状热超导散热器的具体结构可以以申请号为201511029540.3的专利申请文件中的双面平热超导散热器结构的具体结构相同，具体请参阅该专利申请文件，此处不再累述。

作为示例，所述传热工质17为流体，优选地，所述传热工质17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17为液体与气体的混合物。

作为示例，所述热超导管路14的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、矩形网格状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。由图4为所述热超导管路14的形状为六边形蜂窝状的示例，图5为所述热超导管路14的形状为矩形网格状的示例；由图4可知，图4中六边形内部及所述弯折板状热超导散热器的边缘区域为非管路部分16，各个相互连通的所述六边形即为所述热超导管路14；由图5可知，图5中矩形内部及所述弯折板状热超导散热器的边缘区域为非管路部分16，各个相互连通的矩形即为所述热超导管路14。需要说明的是，由于所述热超导管路14通过吹胀工艺形成，所以在形成所述热超导管路14的过程中，所述第一板材18或所述第二板材19上形成有灌装口141，所述灌装口141用于吹胀工艺时形成所述热超导管路14，并在形成所述热超导管路14之后向所述热超导管路14内充入所述传热工质17，且在所述热超导管路14内充入所述传热工质17之后通过焊接方式密封，以实现所述热超导管路14不与外界导通。为了便于理解，图4及图5中仍将所述灌装口141予以示出。

作为示例，所述弯折板状热超导散热器的材料应为导热性良好的材料；优选地，本实施例中，所述弯折板状热超导散热器的材料均可以为铜、铜合金、铝或铝合金或任一种以上的任意组合。

本实用新型的弯折板状热超导散热器的工作原理为：利用所述弯折板状热超导散热器的快速导热特性，将固定在所述热源固定面的功率器件2工作时产生的热量快速传导至所述弯折板状热超导散热器，所述弯折板状热超导散热器内部热超导管路14内的传热工质17迅速将热量传导至整个所述弯折板状热超导散热器表面，再由流经所述弯折板状热超导散热器间隙的空气流带走。在整个散热过程中，所述弯折板状热超导散热器的温度均匀，散热效率高，散热效率几乎不随其的高度而变化，且所述弯折板状热超导散热器的效率不随其高度而变化，大大提高了弯折板状热超导散热器的散热能力。

实施例二

请参阅图6及图7，本实用新型还提供一种弯折板状热超导散热器，本实施例中所述弯折板状热超导散热器的结构与实施例一中所述的弯折板状热超导散热器的结构大致相同，二者的区别在于：实施例一中所述弯折部12为螺旋卷曲状弯折结构；而本实施例中，所述弯折部12为波浪状弯折结构；即所述弯折部12如图6及图7所示，所述弯折部12由多个依次首尾连接的U型部分组成。将所述弯折板状热超导散热器中的弯折部12设置为波浪状弯折结构，各弯折部分的折角相同，整个所述弯折板状热超导散热器与外侧空气的接触面积更大，散热器的结构更紧凑，体积更小。

综上所述，本实用新型提供一种弯折板状热超导散热器，所述弯折板状热超导散热器为弯折状复合板式结构，所述弯折板状热超导散热器内设有环形热超导管路分布区域，所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。本实用新型的弯折板状热超导散热器导热快、散热效率高(高达95％以上)、散热效率几乎不随其高度、宽度和厚度而变化，结构灵活多样，散热能力强，可以解决高热流密度和大热量功率器件的散热需求，突破风冷散热器的散热能力极限的限制；本实用新型的弯折板状热超导散热器不受低温的限制，可在零下40℃正常工作，可以解决水冷散热器在冬天高寒地区低温下的需要加热循环液体的缺陷，以及热管散热器在冬天低温下的失效难题，有更好的工作适应性能；本实用新型的弯折板状热超导散热器设置为弯折板状结构，可以增加热超导散热器的表面积，结构更加紧凑、体积更小；本实用新型的弯折板状热超导散热器中设有环形热超导管路分布区域，并所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，可以强制形成环路状的工质循环路径，使得所述弯折板状热超导散热器上的温度更加均匀；本实用新型的弯折板状热超导散热器制造方便灵活，成本低，散热能力大，重量轻、体积小，结构简单紧凑、成本低，可将大功率器件直接固定在散热器上，且不受低温的限制，可适用于高寒地区冬天低温下使用，解决热管和水冷散热器的防冻问题，具有非常好的适用性和广阔的应用市场。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，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实用新型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，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种弯折板状热超导散热器，其特征在于，所述弯折板状热超导散热器为弯折状复合板式结构，所述弯折板状热超导散热器内设有环形热超导管路分布区域，所述环形热超导管路分布区域内形成有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。

2.根据权利要求1所述的弯折板状热超导散热器，其特征在于：所述弯折板状热超导散热器包括热源固定部及弯折部，所述热源固定部与所述弯折部为一体化成型结构。

3.根据权利要求2所述的弯折板状热超导散热器，其特征在于：所述弯折部为螺旋卷曲状弯折结构。

4.根据权利要求2所述的弯折板状热超导散热器，其特征在于：所述弯折部为波浪状弯折结构。

5.根据权利要求2所述的弯折板状热超导散热器，其特征在于：所述热源固定部的一表面为热源固定面，所述弯折部位于所述热源固定部远离所述热源固定面的一侧。

6.根据权利要求1所述的弯折板状热超导散热器，其特征在于：所述弯折板状热超导散热器呈单面胀形态、双面胀形态或双面平形态。

7.根据权利要求1所述的弯折板状热超导散热器，其特征在于：所述热超导管路的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、矩形网格状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形或其中任一种以上的任意组合。