CN2671302Y - 散热模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于对发热器件进行散热的散热模块，为了解决现有散热模块由于温度分布均匀性差而导致的散热效率较低的问题，本实用新型公开一种散热模块，其中从散热器基板有散热片的一面嵌装入多根热管，以提高散热器基板自身的导热性能，减小在整个基板平面内的温度梯度，从而提高散热效率；同时在底板内设有一个或多个VAPOR CHAMBER(蒸汽室型平板热管)，以提高底板的导热性能，减小在整个底板平面内的温度梯度，从而提高散热效率。将上述两者结合使用，对提高散热效率有很大作用，并且可靠性较高，维护工作量小。

Description

散热模块

技术领域

本实用新型涉及电子设备的散热技术，具体涉及一种散热模块。

背景技术

在无线电子产品中，射频功放模块的结构尺寸越来越紧凑，而发射功率越来越大，功放模块的散热总功耗已达数百瓦，单个功放管的最大功耗也已达百瓦以上，且正在不断增加。如果不能及时将所产生的热量散出去，将严重影响功放管的运行稳定性，为此业界一般是在功放管上设置一个散热器。

请参考图1，为现有技术中的一种常见解决方案，在所述方案中，将功放管3焊接在一块金属衬底板2上，该底板2再与一个较大的散热器1相连，再通过风扇(未在图中画出)强迫风冷散热。但是，随着功放管的功耗的不断增加，现有技术中采用6063铝合金制造的普通底板与散热器已不能满足散热需求，原因是6063铝合金导热系数只有160W/(m·℃)左右，加上功放管的体积较小、而底板与散热器的体积相对较大，使得在底板与散热器平面上均有较大的温度梯度，温度分布的均匀性较差，总的散热效率较低。

为了提高散热效率，必需要减小材料为6063铝合金的底板和散热器的温度梯度，使其温度尽可能均匀。

为此，现有技术的其中一种方案是采用纯铜(T2)来代替6063铝合金，纯铜的导热系数为350W/(m·℃)左右。如果底板与散热器的材料采用纯铜代替6063铝合金，其散热效果会有较大的改善。但是纯铜的密度为铝密度的三倍以上，也就是说，如果用纯铜代替铝，会使底板与散热器的重量变为原来的三倍以上；由于散热器体积较大，其体积在整个系统中占了较大的比例，所以这种代替将直接导致整个系统的总重量大大增加，从而对机柜强度、整机性能指标等都带来不利影响。另一方面，纯铜的价格较贵，也会导致成本的增加。其它密度较小，导热系数较高的材料由于价格、强度等原因，也不宜用来制造散热器及底板。

现有技术的另一种方案，是在散热器基板中采用VAPOR CHAMBER(蒸汽室型平板热管)，如图2所示，蒸汽室型平板热管4的作用相当于一个被压扁的热管，但其可以设计的较大，在其内部腔体填充适量易于蒸发的液体(常用水)，在受热面吸热后，液体便蒸发或沸腾，这就产生一种力，驱使蒸汽在冷却面释放出大量的汽化潜热，散热迫使蒸汽冷凝为液体，为增强凝结液体回流到加热面的速度，其腔体的壁面大多采用铜粉烧结。由于热源的面积相对散热器基板面积只占较小部分，散热器基板采用VAPOR CHAMBER后的导热系数可以达到数千到上万瓦/(米·度)，是纯铜导热系数的数十倍，极大减小了在散热器基板平面上的温度梯度，使整个散热器基板温度分布更加均匀，提高了散热器的散热效率。但是，这一方案也有不少缺点，具体表现在：

(1)、由于散热器是整个功放模块的支撑骨架，还有许多其它部件通过螺钉连接在散热器的基板上，由散热器为其提供支撑和散热作用，因此将有数十个螺钉孔不规则地分布在散热器基板上。由于VAPOR CHAMBER在散热器基板内形成一个空腔，要使数十个不规则分布的螺钉孔穿过此空腔，同时还要考虑基板的平整度与结构强度，其加工制造非常困难，从而导致其制造成本较高。

(2)、由于VAPOR CHAMBER内为一空腔，在空腔内填有易于蒸发的液体，若密闭不严或在使用中导致液体泄漏，其导热性能会急剧下降，比之一般的铝材散热器还要差许多。

实用新型内容

本实用新型提供一种散热模块，以解决现有技术中不能同时满足散热效果好及成本低的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供如下的解决方案：

一种散热模块，包括底板，以及安装在所述底板上的散热器，所述散热器包括基板及设置于基板上的多个散热片，所述底板紧贴安装在所述散热器基板的无散热片的一面，其中，在所述散热器基板的有散热片的一面嵌装有多根热管；在所述底板内部设有一个或多个蒸汽室型平板热管。

在本实用新型所述的散热模块中，在所述散热器基板的有散热片的一面开设有多个凹槽，每一个凹槽内嵌装一根所述热管。所述热管是由圆管压成一定厚度的扁平结构后装在所述凹槽中的，所述凹槽的宽度和深度分别略大于所述扁平热管的宽度和厚度。所述热管与散热器的凹槽壁之间可采用焊锡或导热胶填充。所述凹槽可以是直线形或弯折形，其中弯折形凹槽的弯曲半径应大于或等于所述热管原直径的三倍。

在本实用新型所述的散热模块中，在每一个发热器件下的所述底板内设有一个蒸汽室型平板热管。

在上述改进方案中，不需要改动功放模块的外部整体结构，并且其重量会略有减轻；通过在散热器基板内部嵌装热管，提高了散热器基板整体的导热性能，减小在整个基板平面内的温度梯度，从而提高了散热效率；其中热管技术已十分成熟并大规模商用，价格便宜，将其嵌装在散热器基板内的工艺也不太复杂，整个成本增加较小；在小尺寸的底板内采用蒸汽室型平板热管后，提高了底板的导热性能，减小了在整个底板平面内的温度梯度，对提高散热效率有很大作用，并且可靠性较高，维护工作量小。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是功放管、底板和散热器三者结合在一起时的示意图；

图2是现有技术中在散热器基板内设置VAPOR CHAMBER时的结构示意图；

图3是本实用新型一个优选实施例中在散热器内部嵌装了热管但未焊上散热片时的俯视图；

图4是本实用新型一个优选实施例中成品散热器的左视剖面图；

图5是本实用新型一个优选实施例中成品底板的主视剖面图；

图6是图5的D向视图。

具体实施方式

从图1所公开的现有技术中可知，功放模块中的主要发热器件是功放管，散热过程中先传给底板，然后再传到散热器并通过散热器将热量散出去。现有技术中，由于功放管与底板的接触面积占底板总面积的10％以下，而底板与散热器基板的接触面积又占散热器基板总面接的10％左右，所以散热效率低。因此，要提高散热效率，需采取以下两种措施：一是提高散热器的散热效率，即提高整个散热器基板平面的温度均匀性；二是提高底板的温度均匀性。

一、提高散热器基板的温度均匀性

本实施例中，散热器仍然采用6063铝合金材料，再利用热管的高导热性能与可压缩性，将热管埋入散热器基板内，以提高其导热性能。

本实施例中采用的热管是一种高效率的传热装置，其传热主要靠内部填充的易于蒸发的液体在相变过程中吸收、释放汽化潜热和蒸汽流的传热，它的导热系数是纯铜的几十到上百倍。按是否能够克服重力的影响，可将热管分为重力热管与非重力热管，前者制造简单、价格便宜，后者制造相对复杂、价格较贵。目前，单根热管的制造技术已十分成熟，并已大规模商用。常用的热管为圆形，并可根据需要压扁至一定厚度。

本实施例中，根据基板11的厚度与传导热量要求，选择直径6mm的热管，再将热管压至厚4mm的扁平状。因发热源在散热器的中上部分，部分热管的加热端在上方，冷却端在下方，所以必须选用非重力热管来克服重力的影响。如图3所示，由于散热器基板11上有数十个不规则分布的螺钉孔14，所以部分热管不能沿直线布置，必须要弯曲。将热管13弯曲后会使其导热性能有所下降，所以应保证其弯曲半径不小于热管直径的三倍，具体到本实施例中，则应大于或等于18mm。

成品散热器1中，基板11的一面有散热片，另一面无散热片，其中无散热片的一面要安装底板，有较高的平整度要求，因此本实施例中选择在基板11的有散热片一面开设凹槽，如图4所示，凹槽的宽度与深度应略大于被压扁后的热管的宽度与厚度。热管13与基板11之间的填充材料直接决定了其接触热阻，较好的方法是采用锡焊；为节省成本，也可以采用导热胶填充，但导热胶的导热系数较锡膏低一个数量级，会增大接触热阻。

本实施例中通过在散热器基板内部嵌装热管，提高了散热器基板自身的导热性能，减小在整个基板平面内的温度梯度，从而提高了散热效率；其中热管技术已十分成熟并大规模商用，价格便宜，将其嵌装在散热器基板内的工艺也不太复杂，整个成本增加较小。

具体制造时，可先在散热器基板11上开出凹槽，再将压扁后的热管13嵌装到这些凹槽中，然后对凹槽内壁与热管之间进行锡焊处理，最后再将散热片12焊接到基板上，得到图4所示的成品散热器。

二、提高底板温度均匀性

如图1所示，底板2直接与功放管3相连，两者之间的接触面积占底板总面积的10％以下。如果在底板内部嵌装热管，由于底板的尺寸限制，热管的长度将被限制在8cm以内(在上面的实施例中，散热器基板中嵌装的热管长度可达30cm以上)，热管过短时，将不能有效地提高底板导热性能；再加上热管与底板之间填充材料的额外接触热阻影响，当热管与底板之间接触热阻过大时，在底板内部嵌装热管甚至可能使其导热性能更差。

由于底板2上的开孔较少，且比较规则，所需的螺钉孔22基本上都在几条直线上，针对以上特点，本实施例中在每个功放管下面设计一个VAPORCHAMBER 21。具体加工时，在金属平板其中一侧面的相应位置开出凹槽，凹槽的面积大小和深度根据实际情况调整，在凹槽内侧面上采用铜粉烧结；将另一块金属平板与该金属平板沿凹槽四周焊接在一起，同时要保留一个孔使凹槽与外界相通，通过这个孔将凹槽内吸为真空，然后注入适当的易蒸发液体，最后将此孔封死。如图5和图6所示，该VAPOR CHAMBER的形状比较规则，其腔体内侧面采用铜粉烧结。因为VAPOR CHAMBER 21的腔体四周本身就需要一定宽度的焊接区域，该焊接区域为实心体，可用来布置螺钉孔22。本实施例中的底板内有三个VAPOR CHAMBER；如果制造条件允许，也可做成一个大的VAPORCHAMBER，同样能大大提高底板的导热性能。

Claims (7)

1、一种散热模块，包括底板及安装在所述底板上的散热器，所述散热器包括基板及设置于基板上的多个散热片，所述底板紧贴安装在所述散热器基板的无散热片的一面，其特征在于，在所述散热器基板的有散热片的一面嵌装有多根热管；在所述底板内部设有一个或多个蒸汽室型平板热管。

2、根据权利要求1所述的散热模块，其特征在于，在所述散热器基板的有散热片的一面开设有多个凹槽，每一个凹槽内嵌装一根所述热管。

3、根据权利要求2所述的散热模块，其特征在于，所述热管是由圆管压成一定厚度的扁平结构后装在所述凹槽中的，所述凹槽的宽度和深度分别略大于所述扁平热管的宽度和厚度。

4、根据权利要求3所述的散热模块，其特征在于，所述热管与散热器的凹槽壁之间采用焊锡或导热胶填充。

5、根据权利要求2所述的散热模块，其特征在于，所述凹槽可以是直线形或弯折形，其中弯折形凹槽的弯曲半径应大于或等于所述热管原直径的三倍。

6、根据权利要求1所述的散热模块，其特征在于，在每一个发热器件下的所述底板内设有一个蒸汽室型平板热管。

7、根据权利要求1所述的散热模块，其特征在于，所述蒸汽室型平板热管的内壁采用铜粉烧结。

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