CN206724766U - 一种环路均热板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环路均热板，旨在提供一种结构简单，成本低、通用性更高，尤其适合高热流密度场合的环路均热板；其技术要点包括盖板和底板，所述的盖板固定在底板上，其中，所述盖板和底板之间形成一密闭真空的板式壳体，所述板式壳体内设有第一毛细结构层和第二毛细结构层，所述第一毛细结构层和第二毛细结构层之间形成一蒸发腔室，所述第一毛细结构层和第二毛细结构层之间设有垂直排列多个支撑结构；所述的第一毛细结构层渗透有液态工质；板式壳体上设有至少一条可容纳工质流动的环路组件，所述的环路组件与蒸发腔室相通。

Description

一种环路均热板

技术领域

本实用新型涉及电子元器件散热，具体为一种用于集成芯片散热的环路均热板。

背景技术

智能化设备、物联网的发展加速了芯片的性能要求，高度集成化的芯片上会伴随较高的热流密度，严重影响设备的响应速率。然而仅在在芯片上增设风扇、散热翅片的单相冷却技术已经不能满足现存芯片高热流密度的问题。相比传统的风冷技术、液冷技术，相变传热技术是目前研究最为广泛的热控制技术之一，尤其借助液态工质蒸发与冷凝的均热板技术，由其组成的复合散热模组，可广泛应用于笔记本，移动设备等高功耗电子元器件散热场合。

均热板是一种利用工质相变传热性质的元件，同时，也是一种基于传统热管演变而成的平板式热管，具有结构简单，安装方便，质量轻等优点。但面临几百瓦数的高功率芯片散热问题时，在均热板盖上方设置铝制翅片，或仅改变均热板的内部结构所形成的冷式散热设备已不能满足与之相对应的散热要求，极高的热流密度会使大量的热量仍聚集在热板中央及延边区域，较低的传热效率将进一步加剧芯片的热负荷，加大电子元器件被烧毁的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的为解决上述存在的技术问题，提供一种结构简单，成本低、通用性更高，尤其适合高热流密度场合的环路均热板。

为实现此目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种环路均热板，包括盖板和底板，所述的盖板固定在底板上，所述盖板和底板之间形成一密闭真空的板式壳体，所述板式壳体内填充有液态工质，所述板式壳体内设有第一毛细结构层和第二毛细结构层，所述第一毛细结构层和第二毛细结构层之间形成一蒸发腔室，所述第一毛细结构层和第二毛细结构层之间设有垂直排列多个支撑结构；所述板式壳体上设有至少一条可容纳工质流动的环路组件，所述的环路组件与蒸发腔室相通。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的底板上设有一凹陷的腔室，所述盖板位于腔室上方，并且盖板与底板焊接为一体；所述的第一毛细结构层固定于底板上底面，所述的第二毛细结构层固定于盖板下底面。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的支撑结构包括铜柱，所述的铜柱包裹有多个铜粉环。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的环路组件有三组，每组工作组件均包括一蒸汽段管体和一液体段管体，所述的蒸汽段管体和液体段管体之间通过冷凝单元相连通。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的第一毛细结构层采用粉末目数为80~120的铜粉末烧结而成的；所述的第二毛细结构层采用粉末目数为120~150的铜粉末烧结而成的。

根据权利要求或所述的一种环路均热板，所述的板式壳体上设有与蒸汽段管体相适配的蒸汽管接口，与液体段管体相适配的液体管接口，所述的蒸汽段管体与蒸汽管接口相焊接，所述的液体段管体与液体管接口相焊接。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的液体段管体的出口端内腔设有第三毛细结构层，所述的第三毛细结构层采用粉末目数为80~150的铜粉末烧结而成的。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的液体段管体的内腔设有采用铜粉末烧结而成的第四毛细结构层层。

作为本实用新型进一步优选，上述的一种环路均热板，所述的蒸汽段管体和液体段管体均为绕性金属波纹管或螺旋状铜管或者管状铜管，所述的冷凝单元为扁平状的金属管或者风冷式冷凝单元或者水冷式冷凝单元。

本实用新型相比现有技术具有如下有益效果：

1、本实用新型提供的技术方案内设有的多条环路组件为蒸汽提供更多热扩散流道，热蒸汽通过外部较冷的管段释放潜热，实现快速冷凝。由此，大大提高装置内部的液态工质的蒸发量和冷凝回流量，进一步缓解芯片严重的热负荷问题。

2、本实用新型提供的技术方案在环路组件的液体段管体出口端设置有一小段毛细结构层，一方面，为回流的冷凝液体提供较强的毛细力，提高液体回流速度。另一方面，防止蒸发腔室内的蒸汽向液体管段蓄积，阻塞回流液体，确保本装置的流动工质向单一方向循环传热。

3、本实用新型提供的技术方案的蒸汽段管体和液体段管体均为绕性金属波纹管采用可绕性的金属波纹管，使得蒸发管段和液体管段可根据电子元器件的安装布局而进行随意曲折，安装方式变得更为灵活、便捷，拓宽了本装置的适用场合，有效避免了了管体折断，增加了产品的寿命。

4、本实用新型提供的技术方案在第一毛细结构层上方开有多个倾斜的凹槽。使得液态工质蒸发界面增大，加速热量交换，且由于凹槽的倾斜方向沿着贴附有发热芯片的板中央，有利于回流冷凝液沿着该方向快速回流到高热流密度的板中央处，加快液态工质的补充与蒸发，提高整体装置的散热性能。

5、本实用新型提供的技术方案在环路组件中的液体段管体均采用内腔设有第四毛细结构层的螺旋状铜管，有利正向循环流动。由于所述液体段管体内腔均烧结有多孔毛细结构层，可获得更高的毛细吸力，加速冷凝液体回流，并且防止蒸汽向液体段管体流动。

附图说明

图 1 为本实用新型的第一实施例的外观立体示意图；

图 2 为图1中上盖板与底板盖合的立体示意图；

图 3 为图2中A-A截面的剖视示意图；

图 4 为图1中B-B截面的剖视示意图；

图 5 为本实用新型的第二实施例的外观立体示意图；

图 6 为图5中C-C截面的剖视示意图；

图 7为本实用新型的第三实施例的外观立体示意图。

具体实施方式

为了使本专业技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步解释，但不限定本实用新型。

实施例1

参见图1-图4所示，为本实用新型的环路均热板结构的第一实施例的立体结构图与A-A及B-B剖视图，如图所示，所述环路均热板，包括上盖板1、底板2、支撑结构3、毛细结构层以及可容纳工质流动的环路组件4。在本实施例中，液态工质优选为蒸馏水。其中，毛细结构层包括第一毛细结构层5、第二毛细结构层6和第三毛细结构层7，上盖板1与设有一凹陷的方形腔室的底板2焊接为一体，构成一密闭真空的板式壳体12，所述板式壳体12内填充有液态工质，所述液态工质充填量应大于或等于所述密闭内腔的容积一半以上，既有利于液态工质的流动，又有利于增加散热效果。所述板式壳体12内设有第一毛细结构层5和第二毛细结构层6，第一毛细结构层5设于底板2的上底面并烧结为一体。第二毛细结构层6设于上盖板1的下底面并烧结为一体。第一毛细结构层5与第二毛细结构层6之间具有一蒸发腔室123，第一毛细结构层5渗透有液态工质。

参见图3所示，为了提高热量由底板向毛细结构层的扩散速率，毛细结构层采用导热系数较高的铜粉末。在本实施例中，第一毛细结构层5采用粉末目数为80~120的铜粉末进行烧结，有效提高毛细结构的渗透性，保证液态工质持续充灌于毛细结构层内。同时，为了获得较高的毛细力而便于第二毛细结构层抽吸冷凝后的液体。所述的第二毛细结构层采用粉末目数为120~150的铜粉末烧结而成的，第二毛细结构层6烧结所用的粉末粒经较小于第一毛细结构层5采用的粉末粒经。

参见图3所示，第一毛细结构层5与第二毛细结构层6之间垂直排列多个支撑结构3。支撑结构3包括铜柱31和铜粉环32，铜粉环32为采用铜粉末烧结的毛细结构且包裹在铜柱壁面上。设有的支撑结构3不但可以起到支撑上盖板的作用，防止板面出现凹陷，而且呈多孔毛细结构的铜粉环为冷凝工质提供了回流的辅助流道，加速冷凝液体回流到蒸发腔室123和第一毛细结构层5中，提高了散热效率。

参见图1所示，为了进一步加大热扩散面积，减少热量在发热部件聚集，在底板2外侧面或者上下底面设有至少一组结构相同的环路组件4，优选三组环路组件4，每条环路组件4均包括蒸汽段管体41、液体段管体42以及冷凝单元43，所述冷凝单元43通过焊接方式分别与蒸汽段管体41和液体段管体42相连通，所述冷凝单元42可演变成一种水冷式、风冷式等其他形式冷凝装置。

更为具体的说，参见图1所示，设于底板2外侧面的三条环路组件4，由内向外依次为第一环路组件401、第二环路组件402和第三环路组件403。第一环路组件401整体长度较短于第二环路组件402整体长度，第二环路组件402整体长度较短于第三环路组件403整体长度。通过设有的若干环路组件提高了液态工质的蒸发量和冷凝回流量，以防止热量在板内结构集中，缓解芯片严重的热负荷问题。

参见图3和图4所示，在底板2的长侧壁面开有与蒸汽段管体41相适配的蒸汽管接口22，与液体段管体42相适配的液体管接口23，所述的蒸汽段管体41的入端口411与蒸汽管接口22相焊接为一体，使得所述的蒸发腔室123与所述的蒸汽段管体41内腔相连通；并且，底板2的长侧壁面22设有与液体段管体42的出口端421相对应的液体管接口23，液体段管体42与液体管接口23焊接为一体，使得所述液体段管体42内腔与所述蒸汽腔室123相连通，从而形成供流动工质循环工作的密封环路。

参见图1所示，所述冷凝单元43采用一扁平状的铜管，有利于在铜管上表面增设铝制翅片、风扇等散热部件，进而增加铜管与散热部件的接触面积，加速蒸汽冷凝。所述蒸汽段管体41以及液体段管体42采用饶性金属波纹管，优选绕性铜波纹管，其具有绕性良好、结构牢固的优点。由此，可基于芯片及相邻的电子元器件安装布局，通过调节弯曲波纹管件来改变板式壳体与冷凝管段之间的位移，使得本装置安装更为灵活、便捷，拓宽装置的适用范围。

参见图1和图4所示，环路组件4的液体段管体42出口端421内腔设有第三毛细结构层7，所述毛细结构层以烧结形式固定在前述出口端内腔中。可提高蒸发腔室中的蒸汽向冷凝管段的流阻，确保蒸汽向不含毛细结构的蒸发管段膨胀移动。其中，第三毛细结构层7采用的80-150目粒径的铜粉末烧结，所述铜粉末粒径不应过大或过少，确保液态管段中的第三毛细结构层既可以快速抽吸回流冷凝液体，又可以提高冷凝液体的渗透量。

实施例2

参见图5和图6所示，为本使用新型的环路均热板的第二实施例的立体结构图和C-C剖视图，如图所示，本实施例部分结构与前述第一实施例相同，故在此将不再赘述，然而本实施例与前述第一实施例不同之处在于本实施例中所述环路组件中的液体段管体42均采用内腔设有第四毛细结构层422的螺旋状铜管。所述第四毛细结构层422采用的80-150目粒径的铜粉末烧结。所述液体段管体42呈螺旋状，且靠近冷凝单元43的液体段管体42管径较小于靠近底板2的液体段管体42管径，有利正向循环流动。由于所述液体段管体42内腔均烧结有多孔毛细结构层，可获得更高的毛细吸力，加速冷凝液体回流，并且防止蒸汽向液体段管体流动。

实施例3

参见图7所示，为本使用新型的环路均热板的第三实施例的立体结构图， 如图所示，本实施例部分结构与前述第一实施例相同，故在此将不再赘述，然而本实施例与前述第一实施例不同之处在于本实施例中所述环路组件中的蒸汽段管体41和液体段管体42均采用铜管。结构简单的铜管可降低本环路均热板的制造工艺，且对整体装置的散热性能影响甚少。

本实用新型的工作原理是：在高热流密度的芯片紧贴于底板2下底面时，热量经底板2传递到第一毛细结构层5，渗透在毛细结构孔隙中的液态工质迅速汽化，产生的蒸汽将向蒸发腔室123流动，蒸汽接触到四周较冷的壁面凝结为液体，冷凝液通过第二毛细结构层6及铜粉环32回流到第一毛细结构层5内。由此，完成一次流动工质的正向循环及热量交换。同时，由于设有多条环路组件4，部分蒸汽向不含毛细结构的蒸汽段管体41扩散，流至冷凝单元43释放潜热，再次冷凝为液态工质。冷凝液再沿着多条液体段管体42回流至蒸发腔室123，在重力的作用下，冷凝工质将持续充灌于第一毛细结构层5的孔隙中，又一次完成流动工质的正向循环及热量交换。

Claims (9)

1.一种环路均热板，包括盖板（1）和底板（2），所述的盖板（1）固定在底板（2）上，其特征在于，所述盖板（1）和底板（2）之间形成一密闭真空的板式壳体（12），所述板式壳体（12）内填充有液态工质，所述板式壳体（12）内设有第一毛细结构层（5）和第二毛细结构层（6），所述第一毛细结构层（5）和第二毛细结构层（6）之间形成一蒸发腔室（123），所述第一毛细结构层（5）和第二毛细结构层（6）之间设有垂直排列多个支撑结构（3）；所述板式壳体（12）上设有至少一条可容纳工质流动的环路组件（4），所述的环路组件（4）与蒸发腔室（123）相通。

2.根据权利要求1所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的底板（2）上设有一凹陷的腔室，所述盖板（1）位于腔室上方，并且盖板（1）与底板（2）焊接为一体；所述的第一毛细结构层（5）固定于底板（2）上底面，所述的第二毛细结构层（6）固定于盖板（1）下底面。

3.根据权利要求1所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的支撑结构（3）包括铜柱（31），所述的铜柱（31）包裹有多个铜粉环（32）。

4.根据权利要求1所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的环路组件（4）有三组，每组工作组件（4）均包括一蒸汽段管体（41）和一液体段管体（42），所述的蒸汽段管体（41）和液体段管体（42）之间通过冷凝单元（43）相连通。

5.根据权利要求1所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的第一毛细结构层（5）采用粉末目数为80~120的铜粉末烧结而成的；所述的第二毛细结构层（6）采用粉末目数为120~150的铜粉末烧结而成的。

6.根据权利要求1或4所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的板式壳体（12）上设有与蒸汽段管体（41）相适配的蒸汽管接口（22），与液体段管体（42）相适配的液体管接口（23），所述的蒸汽段管体（41）与蒸汽管接口（22）相焊接，所述的液体段管体（42）与液体管接口（23）相焊接。

7.根据权利要求6所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的液体段管体（42）的出口端（421）内腔设有第三毛细结构层（7），所的第三毛细结构层（7）采用粉末目数为80~150的铜粉末烧结而成的。

8.根据权利要求5所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的液体段管体（42）的内腔设有采用铜粉末烧结而成的第四毛细结构层层（422）。

9.根据权利要求1所述的一种环路均热板，其特征在于，所述的蒸汽段管体（41）和液体段管体（42）均为绕性金属波纹管或饶性螺旋状铜管或者管状铜管，所述的冷凝单元（43）为扁平状的金属管或者风冷式冷凝单元或者水冷式冷凝单元。