DE102009023113A1 - Cooling device and method for its production - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung, die aus einem flachen Verdampfer (1), einem Dampfrohr (2), einem Flüssigkeitsrohr (3) und einem Kondensator (4) besteht. Der Verdampfer (1) umfasst einen Hauptkörper, der eine Bodenplatte (11), ein poröses Material (12) und einen Oberdeckel (13) aufweist, wobei das poröse Material (12) Dampfkanäle (121) bildet, wobei der Oberdeckel mit der Bodenplatte (mpföffnung (131) und eine Flüssigkeitsöffnung (134) aufweist, die mit dem Dampfrohr (2) und dem Flüssigkeitsrohr (3) verbunden sind, die am anderen Ende mit dem Kondensator (4) verbunden sind. Der flache Verdampfer (1) kann dicht auf einem Chip aufliegen, wodurch der Raumbedarf und der Wärmewiderstand reduziert werden. Zudem werden eine einfache Herstellung und niedrige Herstellungskosten erreicht. Die Erfindung ist geeignet für Computerchip, Leuchtdiodenlampe, Hochleistungschip von Kommunikation, wärmeerzeugende elektronische Bauelemente von Militär, Medizin, Luftfahrt und Raumfahrt.The invention relates to a cooling device, which consists of a flat evaporator (1), a steam pipe (2), a liquid pipe (3) and a condenser (4). The evaporator (1) comprises a main body having a bottom plate (11), a porous material (12) and an upper lid (13), wherein the porous material (12) steam channels (121) forms, the upper lid with the bottom plate ( and a liquid opening (134) connected to the steam pipe (2) and the liquid pipe (3) connected to the condenser (4) at the other end. The flat evaporator (1) can be sealed The invention is suitable for computer chip, light emitting diode lamp, high performance chip of communication, heat generating electronic components of military, medical, aerospace and aerospace industries.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für elektronische Produkte, insbesondere eine Wärmerohrschleife, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Kühlvorrichtung.The The invention relates to a cooling device for electronic Products, in particular a heat pipe loop, and a Process for the preparation of this cooling device.

Stand der TechnikState of the art

Die Kühlung des Hochleistungschips für Elektronik, Computer, Kommunikation und Optoelektronik ist eine wichtige Technik. Zur Zeit verwendet die Kühlung des Hochleistungschips üblicherweise folgende Kühlmodule: (1) Ventilator + Kühlkörper, (2) Ventilator + Wärmerohr + Kühlkörper, (3) Ventilator + Flüssigkeitskühler. Diese Kühlmodule weisen jedoch folgende Nachteile auf: (1) Ventilator + Kühlkörper: um die Kühlwirkung zu erhöhen, muß die Fläche der Kühlrippen vergrößert und die Drehzahl des Ventilators erhöht werden, wodurch der Raumbedarf und das Geräusch vergrößert werden; (2) Ventilator + Wärmerohr + Kühlkörper: der Aufbau ist kompliziert und die Anordung des Wärmerohrs ist begrenzt, so dass die Kühlwirkung begrenzt ist; (3) Ventilator + Flüssigkeitskühler: der Flüssigkeitskühler weist eine höhere Kühlwirkung und ein niedrigeres Geräusch auf, so dass die Kühlwirkung von 1000 W erreichbar ist (der Wärmewiderstand des Flüssigkeitskühler kann unter 0,12°C/W sein). Der Aufbau des Flüssigkeitskühlers ist jedoch kompliziert. Die Pumpe, die das Arbeitsmedium fördert, und die Rohrleitung können die Lebensdauer des Flüssigkeitskühlers beeinflußen. Zudem ist die Herstellungskosten des Flüssigkeitskühlers das dreifache des normalen Kühlkörpers (mit gleicher Kühlwirkung).The Cooling of the high performance chip for electronics, Computer, communication and optoelectronics is an important technology. At present, the cooling of the high-power chip usually uses the following Cooling modules: (1) fan + heat sink, (2) fan + heat pipe + heat sink, (3) fan + liquid cooler. These cooling modules However, they have the following disadvantages: (1) fan + heat sink: around To increase the cooling effect, the area must be the cooling fins increased and the speed be increased by the fan, reducing the space requirement and the Noise can be increased; (2) fan + Heat pipe + heat sink: the construction is complicated and the arrangement of the heat pipe is limited so that the cooling effect is limited; (3) Fan + liquid cooler: the liquid cooler has a higher Cooling effect and a lower noise, so that the cooling effect of 1000 W is achievable (the Thermal resistance of the liquid cooler can below 0.12 ° C / W). The construction of the liquid cooler but it is complicated. The pump that pumps the working fluid and the piping can extend the life of the chiller influence. In addition, the manufacturing cost of the liquid cooler three times the normal heat sink (with the same Cooling effect).

Um die obengenannten Probleme zu lösen, wurde in 1974 eine Kühlvorrichtung mit einer Wärmerohrschleife entwickelt, die eine große Anwendung auf Luftfahrt und Raumfahrt findet. Die Wärmerohrschleife wird auch immer mehr für die Kühlung des Chips verwendet. Die Wärmerohrschleife kombiniert die Vorteile des Wärmerohrs und des Flüssigkeitskühlers und kann eine kompakte Form und eine Kühlwirkung von über 500 W verwirklichen (der Wärmewiderstand der Wärmerohrschleife ist unter 0,15°C/W). Die Kühlvorrichtung mit der Wärmerohrschleife weist folgende Vorteile auf: (1) der Einfluß der Leistung durch die Schwerkraft ist kleiner als beim normalen Wärmerohr; (2) die Form kann beliebig ausgestaltet werden; (3) ein Langstrecken-Wärmetransport ist möglich. Zudem ist die Herstellungstechnik der Wärmerohrschleife ähnlich wie die des normalen Wärmerohrs, so dass die Zuverläßigkeit und die Lebensdauer auch ähnlich sind.Around to solve the above problems became a 1974 Cooling device developed with a heat pipe loop which finds a great application to aerospace. The heat pipe loop is also getting more and more for used the cooling of the chip. The heat pipe loop combines the advantages of the heat pipe and the liquid cooler and can have a compact shape and a cooling effect of over 500 W (the thermal resistance of the heat pipe loop is below 0.15 ° C / W). The cooling device with the Heat pipe loop has the following advantages: (1) the Influence of the power by gravity is smaller as the normal heat pipe; (2) the shape can be arbitrary be designed; (3) a long-distance heat transport is possible. In addition, the manufacturing technique of the heat pipe loop is similar like that of the normal heat pipe, so that the reliability and the lifespan are also similar.

Die herkömmliche Wärmerohrschleife umfaßt einen Verdampfer mit einer Kapillarstruktur, ein Dampfrohr, ein Flüssigkeitsrohr und einen Kondensator. Beim Einsatz liegt der Verdampfer auf der Wärmequelle (wie Chip), um ihre Wärme zu absorbieren. Dadurch wird das Arbeitsmedium in der Kapillarstruktur verdampft und fließt durch das Dampfrohr in den Kondensator mit Kühlrippen, so dass die Wärme in das Umgebungsmedium (wie Luft) des Kondensators abgegeben wird. Das Kondensat fließt durch die Kapillarwirkung in den Verdampfer zurück, wodurch ein Kreislauf gebildet ist. Daher kann die Wärme der Wärmequelle kontinuierlich in die Umgebungsluft abgeführt werden.The includes conventional heat pipe loop an evaporator with a capillary structure, a steam pipe, a Liquid pipe and a condenser. When using lies the evaporator on the heat source (like chip) to her To absorb heat. This will change the working medium into the capillary structure evaporates and flows through the steam pipe in the condenser with cooling fins, so that the heat is discharged into the surrounding medium (such as air) of the condenser. The condensate flows through the capillary action into the evaporator back, creating a cycle. Therefore, can the heat of the heat source continuously in the Ambient air to be dissipated.

Aus wie CN 01259718.X und 200810028106.7 ist eine Wärmerohrschleife bekannt. Der Verdampfer in den bekannten Patenten haben zwei Formen: (1) zylindrische Form, und (2) flache Form. 1A und 1B zeigen einen herkömmlichen zylinderförmigen Verdampfer. Der flache Verdampfer hat folgende zwei Arten: (1) Scheibenverdampfer, wie in 1C, 1D und 1E; (2) Plattenverdampfer, der durch die mikroelektronische Bearbeitungstechnik hergestellt ist (ZL01259718.X), wie in den 1F und 1G dargestellt ist.Like CN 01259718.X and 200810028106.7 is a heat pipe loop known. The evaporators in the known patents have two forms: (1) cylindrical shape, and (2) flat shape. 1A and 1B show a conventional cylindrical evaporator. The flat evaporator has the following two types: (1) disk evaporator, as in 1C . 1D and 1E ; (2) Plate evaporator made by the microelectronic machining technique (ZL01259718.X) as shown in Figs 1F and 1G is shown.

Der Chip ist überlicheweise quadratisch (oder rechteckig) ausgebildet. Der zylinderförmige Verdampfer hat nur eine kleine Kontaktfläche mit dem Chip. Der Scheibenverdampfer hat eine schwere Herstellung und einen hohen Raumbedarf. Der herkömmliche Plattenverdampfer, der durch die mikroelektronische Bearbeitungstechnik hergestellt ist, kann bislang die Anforderung der Industrie nicht erfüllen.Of the The chip is designed to be square (or rectangular). The cylindrical evaporator has only a small contact area with the chip. The disk evaporator has a heavy production and a high space requirement. The conventional plate evaporator, made by the microelectronic machining technique can not yet meet the requirement of the industry.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung und ein Verfahren zur deren Herstellung zu schaffen, die/das die obengenannten Nachteile überwinden kann.Of the Invention is based on the object, a cooling device and to provide a method of manufacturing the same overcome the above disadvantages.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung gelöst, die aus einem Verdampfer, einem Dampfrohr, einem Flüssigkeitsrohr und einem Kondensator besteht. Der Verdampfer ist ein flacher Verdampfer und hat eine rechteckige, mehrkantige oder andere geometrische Form. Der flache Verdampfer umfaßt einen Hauptkörper, der eine Bodenplatte, ein poröses Material und einen Oberdeckel aufweist. Das poröse Material ist auf der Grundplatte angeordnet. Der Oberdeckel ist mit der Bodenplatte verbunden. Das poröse Material bildet Dampfkanäle. Der Oberdeckel weist an den beiden Seiten eine Dampföffnung und eine Flüssigkeitsöffnung auf, die mit dem Dampfrohr und dem Flüssigkeitsrohr verbunden sind.These Task is achieved by the cooling device according to the invention solved that from an evaporator, a steam pipe, a Liquid tube and a capacitor consists. The evaporator is a flat evaporator and has a rectangular, polygonal or other geometric shape. The flat evaporator includes a main body that has a bottom plate, a porous one Material and has an upper lid. The porous material is arranged on the base plate. The top cover is with the bottom plate connected. The porous material forms vapor channels. The upper lid has a steam opening on both sides and a liquid opening communicating with the Steam pipe and the liquid pipe are connected.

Der Oberdeckel weist im Inneren eine Trennplatte auf, wobei zwischen der Trennplatte und der Flüssigkeitsöffnung eine Nachfüllkammer und zwischen der Trennplatte und der Dampföffnung eine Dampfsammelkammer gebildet ist. Der Oberdeckel des Verdampfers weist auf der Oberseite eine Öffnung zum evakuieren oder Einfüllen des Arbeitsmediums auf.The upper lid has inside a partition plate, wherein between the partition plate and the Liquid opening a refill and between the separation plate and the vapor opening a vapor collection chamber is formed. The upper lid of the evaporator has on top of an opening for evacuating or filling the working medium.

Das Verfahren zur Herstellung der Kühlvorrichtung enthält folgende Schritte:

  • (1) Bereitstellung des porösen Materials: das poröse Material kann durch ein Metallpulver oder Metallnetz mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein anorganisches Material, wie Keramikpulver, hergestellt werden; wenn das poröse Material aus Metallpulver hergestellt ist, kann es durch ein separates Sintern erhalten werden oder direkt auf der Bodenplatte gesintert werden; beim Sintern werden ein Formwerkzeug und ein Dorn verwendet; das Formwerkzeug kann aus Stahl oder Hochtemperaturkeramik hergestellt werden; der Dorn dient zur Bildung der Dampfkanäle des poröses Materials und kann aus Graphit oder Stahl hergestellt werden; das Formwerkzeug mit dem gefüllten Sinterpulver wird in einen Sinterofen gebracht, um das Pulvermaterial zu sintern; nach der Entfernung des Formwerkzeugs und der Dorne wird das poröse Material erhalten; das poröse Material kann auch durch mikroelektronische Bearbeitungstechnik oder mit Nanostab hergestellt werden.
  • (2) Bereitstellung des Oberdeckels: der Oberdeckel ist aus Metall oder Halbleitermaterial hergestellt; wenn der Oberdeckel aus Metall hergestellt ist, kann er durch mechanische Bearbeitung oder Gießen geformt werden; wenn der Oberdeckel aus Halbleitermaterial hergestellt ist, kann er durch mikroelektronische Bearbeitung geformt werden;
  • (3) Bereitstellung der Bodenplatte: die Bodenplatte ist aus Kupfer, Aluminium oder Silizium hergestellt und durch mechanische Bearbeitung, Stanzen, Gießen oder mikroelektronische Bearbeitung geformt;
  • (4) nach der Herstellung des porösen Materials werden der Oberdeckel und die Bodenplatte des Verdampfers miteinander verbunden; wenn der Oberdeckel und die Bodenplatte aus Metell hergestellt sind, kann das Löten verwendet werden; wenn sie aus Halbleitermaterial hergestellt sind, kann das Bonden verwendet werden;
  • (5) der dadurch erhaltene Verdampfer werden über Rohre mit dem Kondensator verbunden; danach wird das Wärmerohr hergestellt; dies enthält die Schritte wie Reinigen, Evakuieren, Füllen des Arbeitsmediums und Verschließen.
The method of manufacturing the cooling device includes the following steps:
  • (1) Provision of the porous material: the porous material can be produced by a metal powder or metal net with high thermal conductivity or an inorganic material such as ceramic powder; if the porous material is made of metal powder, it can be obtained by a separate sintering or sintered directly on the bottom plate; during sintering, a mold and a mandrel are used; the mold can be made of steel or high temperature ceramics; the mandrel serves to form the vapor channels of the porous material and can be made of graphite or steel; the mold with the filled sintered powder is placed in a sintering furnace to sinter the powder material; after removal of the mold and mandrels, the porous material is obtained; The porous material can also be produced by microelectronic machining technology or with nanostab.
  • (2) provision of the upper lid: the upper lid is made of metal or semiconductor material; when the upper lid is made of metal, it can be formed by mechanical working or casting; if the top cover is made of semiconductor material, it can be formed by microelectronic machining;
  • (3) provision of the bottom plate: the bottom plate is made of copper, aluminum or silicon and formed by mechanical working, stamping, casting or microelectronic machining;
  • (4) after the production of the porous material, the upper lid and the bottom plate of the evaporator are bonded together; if the top cover and bottom plate are made of metal, soldering can be used; if made of semiconductor material, bonding can be used;
  • (5) the evaporator obtained thereby is connected to the condenser via pipes; then the heat pipe is made; this includes the steps of cleaning, evacuating, filling the working fluid and closing.

Im Vergleich mit der herkömmlichen Lösung weist die Erfindung folgende Vorteile auf:

  • 1. ein dichter Kontakt mit dem Chip, eine größere Kontaktfläche und ein kleinerer Raumbedarf der Chip ist überlicherweise quadratisch ausgebildet; der erfindungsgemäße flache Verdampfer kann eine rechteckige, mehrkantige oder andere geometrische Form haben und weist eine plane Kontaktfläche auf. Daher kann der flache Verdampfer dicht auf dem Chip aufliegen;
  • 2. Reduzierung des Wärmewiderstands das poröse Material des Verdampfers kann eine Kapillarwirkung erzeugen und direkt auf der Bodenplatte des porösen Materials gesintert werden, wodurch der Wärmewiderstand erheblich reduziert wird, so dass die Kühlwirkung erhöht wird; nach Test des Erfinders beträgt der Wärmewiderstand des Systems 0,15
    Figure 00060001
    und der Wärmewiderstand des Wärmerohrs unter 0,05
    Figure 00060002
    Die Kühlwirkung ist höher als 600 W;
  • 3. einfache Herstellung und niedrige Kosten der Oberdeckel, die Bodenplatte und die Füllöffnung des Verdampfers sowie das Flüssigkeitsrohr und das Dampfrohr können durch Löten miteinander verbunden werden, so dass die Bearbeitungszeit und -kosten reduziert werden.
In comparison with the conventional solution, the invention has the following advantages:
  • 1. a close contact with the chip, a larger contact area and a smaller space requirement of the chip is usually formed square; the flat evaporator according to the invention may have a rectangular, polygonal or other geometric shape and has a flat contact surface. Therefore, the flat evaporator can rest close to the chip;
  • 2. Reduction of thermal resistance The porous material of the evaporator can create a capillary action and be sintered directly on the bottom plate of the porous material, whereby the thermal resistance is significantly reduced, so that the cooling effect is increased; according to the inventor's test, the thermal resistance of the system is 0.15
    Figure 00060001
    and the thermal resistance of the heat pipe below 0.05
    Figure 00060002
    The cooling effect is higher than 600 W;
  • 3. Easy manufacture and low cost of the upper lid, the bottom plate and the filling opening of the evaporator and the liquid tube and the steam tube can be connected by soldering, so that the processing time and costs are reduced.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1A eine Darstellung des herkömmlichen zylinderförmigen Verdampfers, 1A a representation of the conventional cylindrical evaporator,

1B eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1A, 1B a sectional view taken along the line AA in 1A .

1C eine Darstellung des herkömmlichen flachen Verdampfers, 1C a representation of the conventional flat evaporator,

1D eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1C, 1D a sectional view taken along the line AA in 1C .

1E eine Schnittdarstellung entlang der Linie B-B in 1C, 1E a sectional view taken along the line BB in 1C .

1F eine Darstellung des herkömmlichen flachen Verdampfers, die durch die mikroelektronische Bearbeitungstechnik hergestellt ist, 1F a representation of the conventional flat evaporator, which is made by the microelectronic processing technology,

1G eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 1F, 1G a sectional view taken along the line AA in 1F .

2 eine perspektivische Darstellung der Erfindung, 2 a perspective view of the invention,

3A eine Schnittdarstellung des flachen Verdampfers in 2, 3A a sectional view of the flat evaporator in 2 .

3B eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A in 3A, 3B a sectional view taken along the line AA in 3A .

4 eine perspektivische Darstellung der Bodenplatte in 3A, 4 a perspective view of the bottom plate in 3A .

5A eine perspektivische Darstellung der Dampfkanäle des porösen Materials, die einen bogenförmigen Querschnitt besitzen, 5A a perspective view of Steam channels of the porous material, which have an arcuate cross-section,

5B eine perspektivische Darstellung der Dampfkanäle des porösen Materials, die einen rechteckigen Querschnitt besitzen, 5B a perspective view of the vapor channels of the porous material, which have a rectangular cross-section,

5C eine perspektivische Darstellung der Dampfkanäle des porösen Materials, die einen ovalen Querschnitt besitzen, 5C a perspective view of the vapor channels of the porous material, which have an oval cross section,

5D eine perspektivische Darstellung der Dampfkanäle des porösen Materials, die einen runden Querschnitt besitzen, 5D a perspective view of the vapor channels of the porous material, which have a round cross-section,

5E eine Darstellung der Bearbeitung des porösen Materials, 5E a representation of the processing of the porous material,

6A eine perspektivische Darstellung des Oberdeckels des flachen Verdampfers von oben, 6A a perspective view of the upper lid of the flat evaporator from above,

6B eine perspektivische Darstellung des Oberdeckels des flachen Verdampfers von unten, 6B a perspective view of the upper lid of the flat evaporator from below,

7 eine Explosionsdarstellung des flachen Verdampfers, 7 an exploded view of the flat evaporator,

8 eine Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung. 8th an exploded view of the cooling device according to the invention.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to execute the invention

Wie aus 2 ersichtlich ist, besteht die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung aus einem flachen Verdampfer 1, einem Dampfrohr 2, einem Flüssigkeitsrohr 3, einem Kondensator 4 und/oder einem Ventilator 5. Der Ventilator 5 ist an einer Seite des Kondensators 4 angeordnet und kann einen Luftstrom für den Kondensator erzeugen. Der flache Verdampfer 1 hat eine rechteckige, mehrkantige oder andere geometrische Form.How out 2 it can be seen, the cooling device according to the invention consists of a flat evaporator 1 , a steam pipe 2 , a liquid pipe 3 , a capacitor 4 and / or a fan 5 , The ventilator 5 is on one side of the capacitor 4 arranged and can generate an air flow for the capacitor. The flat evaporator 1 has a rectangular, polygonal or other geometric shape.

Wie aus den 3A, 3B und 7 ersichtlich ist, umfaßt der flache Verdampfer 1 einen Hauptkörper, der eine Bodenplatte 11, ein poröses Material 12 und einen Oberdeckel 13 aufweist. Wie aus 4 ersichtlich ist, weist die Bodenplatte 11 auf der Unterseite eine Planfläche (nicht dargestellt) auf, die auf einem Chip aufliegen kann. Die Boden platte 11 bildet auf der Oberseite einen Vorsprung 111, der einen haken-, nadel- oder ankerförmigen Querschnitt besitzt, um das poröse Material auf der Bodenplatte 11 zu fixieren. Wie aus den 3A und 3B ersichtlich ist, ist auf der Bodenplatte 11 ein poröses Material 12 vorgesehen, das durch ein Metallpulver oder Metallnetz mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet ist. Das poröse Material kann auch durch ein anorganisches Material, wie Keramikpulver, hergestellt werden. Das poröse Material bildet Dampfkanäle 121, die wie in 5A einen bogenförmigen Querschnitt, wie in 5B einen rechteckigen Querschnitt, wie in 5C einen ovalen Querschnitt, wie in 5D einen runden Querschnitt, einen wabenförmigen Querschnitt, einen mehrkantigen Querschnitt oder einen anderen geometrischen Querschnitt besitzen (nicht dargestellt).Like from the 3A . 3B and 7 can be seen, includes the flat evaporator 1 a main body that has a bottom plate 11 , a porous material 12 and an upper lid 13 having. How out 4 it can be seen has the bottom plate 11 on the bottom of a flat surface (not shown), which can rest on a chip. The bottom plate 11 forms on the top of a projection 111 which has a hook, needle or anchor-shaped cross-section to the porous material on the bottom plate 11 to fix. Like from the 3A and 3B is apparent, is on the bottom plate 11 a porous material 12 provided, which is formed by a metal powder or metal mesh with high thermal conductivity. The porous material may also be made by an inorganic material such as ceramic powder. The porous material forms vapor channels 121 that like in 5A an arcuate cross-section, as in 5B a rectangular cross-section, as in 5C an oval cross-section, as in 5D have a round cross-section, a honeycomb-shaped cross section, a polygonal cross section or another geometric cross section (not shown).

Wie aus den 6A und 6B ersichtlich ist, weist der Oberdeckel 13 im Inneren eine Trennplatte 134 und auf der Oberseite eine Öffnung 133 zum evakuieren oder Einfüllen des Arbeitsmediums auf. Die Öffnung kann mit einem Rohr verbunden werden, das am anderen Ende mit einer Vakuumpumpe und dem Arbeitsmediumbehälter verbunden ist. Nach Füllen des Arbeitsmediums und Evakuieren wird das Rohr durchgeschnitten und durch Löten verschlossen (2). Daher ist das Rohr in 6 nicht dargestellt. Das Füllen des Arbeitsmediums ist bekannt und wird somit hier nicht detailliert beschrieben. Der Oberdeckel 13 weist an den beiden Seiten eine Flüssigkeitsöffnung 132 und eine Dampföffnung 131 auf. Wie aus 3A ersichtlich ist, ist zwischen der Trennplatte 134 und der Flüssigkeitsöffnung 132 eine Nachfüllkammer 135 und zwischen der Trennplatte 134 und der Dampföffnung 131 eine Dampfsammelkammer 136 gebildet, wodurch das Arbeitsmedium im Verdampfer nur in einer Richtung fließen kann. Das Dampfrohr 2 ist an den beiden Enden mit der Dampföffnung 131 des Oberdeckels des flachen Verdampfers und einer Seite des Kondensators 4 verbunden. Das Flüssigkeitsrohr 3 ist an den beiden Enden mit der Flüssigkeitsöffnung 132 und der anderen Seite des Kondensators 4 verbunden.Like from the 6A and 6B can be seen, the upper lid 13 inside a partition plate 134 and on the top an opening 133 for evacuating or filling the working medium. The opening can be connected to a pipe which is connected at the other end to a vacuum pump and the working medium container. After filling the working medium and evacuating the tube is cut and sealed by soldering ( 2 ). Therefore, the tube is in 6 not shown. The filling of the working medium is known and will therefore not be described in detail here. The upper lid 13 has a liquid opening on both sides 132 and a steam opening 131 on. How out 3A it can be seen is between the partition plate 134 and the liquid opening 132 a refill chamber 135 and between the partition plate 134 and the steam opening 131 a vapor collection chamber 136 formed, whereby the working medium in the evaporator can flow only in one direction. The steam pipe 2 is at the two ends with the steam opening 131 the top lid of the flat evaporator and one side of the condenser 4 connected. The liquid pipe 3 is at the two ends with the liquid opening 132 and the other side of the capacitor 4 connected.

Nachfolgend werden die Schritte des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung beschrieben:

  • (1) Bereitstellung des porösen Materials: das poröse Material 12 kann durch ein Metallpulver oder Metallnetz mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein anorganisches Material, wie Keramikpulver, hergestellt werden. Wie aus 5 ersichtlich ist, bildet das poröse Material Dampfkanäle 121. Wenn das poröse Material 12 aus Metallpulver hergestellt ist, kann es durch ein separates Sintern erhalten werden oder direkt auf der Bodenplatte gesintert werden. Beim Sintern werden ein Formwerkzeug und ein Dorn 8 verwendet, um die Dampfkanäle 121 zu bilden. Das Formwerkzeug und der Dorn können aus Hochtemperaturgraphit, Hochtemperaturkeramik oder Kohlenstoffstahl hergestellt werden. Wie aus 5E ersichtlich ist, werden die Dorne 8 und das Formwerkzeug miteinander kombiniert. Das Formwerkzeug umfaßt eine Unterplatte 71, eine Oberplatte 72 und einen Rahmen 73. Die Unterplatte 71 und die Dorne 8 sind einteilig ausgebildet, wodurch eine Positionierung der Dorne nicht erforderlich ist. Anschließend wird das Pulvermaterial 9 in das Formwerkzeug gefüllt. Danch wird die Oberplatte 72 auf den Rahmen 73 gebracht, so dass das Pulvermaterial den Innenraum des Formwerkzeugs ausfüllt. Schließlich (wie bekanntes Sintern von Wärmerohr) wird das Formwerkzeug in einen Sinterofen gebracht, um das Pulvermaterial zu sintern. Nach der Entfernung des Formwerkzeugs und der Dorne wird das poröse Material erhalten. Das poröse Material kann auch durch mikroelektronische Bearbeitungstechnik, wie standardisiertes Ätzen von porösem Silzium oder mit Nanostab, wie standardisierte Pfeilung-Depositionstechnik, hergestellt werden.
  • (2) Bereitstellung des Oberdeckels: der Oberdeckel ist aus Kupfer oder Aluminium oder Halbleitermaterial hergestellt. Wenn der Oberdeckel aus Metall hergestellt ist, kann er durch mechanische Bearbeitung oder Gießen geformt werden. Wenn der Oberdeckel aus Halbleitermaterial hergestellt ist, kann er durch mikroelektronische Bearbeitung geformt werden.
  • (3) Bereitstellung der Bodenplatte: die Bodenplatte ist aus Kupfer, Aluminium oder Silizium hergestellt und durch mechanische Bearbeitung, Stanzen, Gießen oder mikroelektronische Bearbeitung geformt.
  • (4) Nach der Herstellung des porösen Materials werden der Oberdeckel und die Bodenplatte des Verdampfers miteinander verbunden. Wenn der Oberdeckel und die Bodenplatte aus Metell (wie Kupfer) hergestellt sind, kann das Löten (Weichlöten, Hartlöten oder Diffusionslöten) verwendet werden. Wenn sie aus Halbleitermaterial (wie Silizium) hergestellt sind, kann das Bonden verwendet werden.
  • (5) der dadurch erhaltene Verdampfer werden über Rohre durch Löten mit dem Kondensator verbunden. Danach wird das Wärmerohr hergestellt. Dies enthält die Schritte wie Reinigen, Evakuieren, Füllen des Arbeitsmediums und Verschließen.
The following describes the steps of the method for producing the cooling device according to the invention:
  • (1) Provision of the porous material: the porous material 12 can be produced by a metal powder or metal net with high thermal conductivity or an inorganic material such as ceramic powder. How out 5 As can be seen, the porous material forms vapor channels 121 , If the porous material 12 Made of metal powder, it can be obtained by a separate sintering or sintered directly on the bottom plate. During sintering, a mold and a mandrel are used 8th used to the steam channels 121 to build. The mold and mandrel can be made of high temperature graphite, high temperature ceramics or carbon steel. How out 5E it can be seen, the spines are 8th and combined the mold with each other. The mold comprises a lower plate 71 , a top plate 72 and a frame 73 , The lower plate 71 and the spines 8th are formed in one piece, whereby a positioning of the mandrels is not required. Subsequently, the powder material 9 filled in the mold. Danch becomes the top plate 72 on the frame 73 brought so that the powder material fills the interior of the mold. Finally, as known heat pipe sintering, the mold is placed in a sintering furnace to sinter the powder material. After removal of the mold and mandrels, the porous material is obtained. The porous material can also be made by microelectronic machining technology, such as standardized etching of porous silicon or nanorod, such as standard sweep deposition technique.
  • (2) Provision of upper lid: the upper lid is made of copper or aluminum or semiconductor material. When the upper lid is made of metal, it can be formed by mechanical working or casting. When the upper lid is made of semiconductor material, it can be molded by microelectronic machining.
  • (3) Provision of the bottom plate: The bottom plate is made of copper, aluminum or silicon and formed by mechanical working, stamping, casting or microelectronic machining.
  • (4) After the production of the porous material, the upper lid and the bottom plate of the evaporator are bonded together. When the top lid and base plate are made of metal (such as copper), brazing (soldering, brazing or diffusion brazing) can be used. When made of semiconductor material (such as silicon), bonding can be used.
  • (5) The evaporator obtained thereby is connected to the condenser through pipes by brazing. Thereafter, the heat pipe is made. This includes the steps of cleaning, evacuating, filling the working fluid, and closing.

Der Kondensator und die Rohre sind handelsüblich.Of the Condenser and pipes are commercially available.

Beim Einsatz kann die Bodenplatte des Verdampfers 1 die Wärme der Wärmequelle absorbieren, wodurch das Arbeitsmedium im Verdampfer verdampft wird. Der Dampf fließt aus dem Verdampfer und tritt über das Dampfrohr 2 in den Kondensator 4 ein. Der Dampf wird in Kondensator kondensiert, wodurch die Wärme in das Umgebungsmedium (wie Luft) des Kondensators abgegeben wird. Der Dampf wird unter Unterstützung des Ventilators 5 kondensiert. Das Kondensat fließt durch die Kapillarwirkung (des porösen Materials in dem Verdampfer) über das Flüssigkeitsrohr in den Verdampfer 1 zurück. Dadurch ist ein Kreislauf des Arbeitsmediums gebildet, so dass die Wärme der Wärmequelle kontinuierlich in die Umgebungsluft abgeführt werden kann.When used, the bottom plate of the evaporator 1 absorb the heat of the heat source, whereby the working fluid in the evaporator is evaporated. The steam flows out of the evaporator and passes over the steam pipe 2 in the condenser 4 one. The vapor is condensed into the condenser, releasing the heat into the surrounding medium (such as air) of the condenser. The steam is under the support of the fan 5 condensed. The condensate flows through the capillary action (of the porous material in the evaporator) via the liquid tube into the evaporator 1 back. As a result, a cycle of the working medium is formed, so that the heat of the heat source can be continuously dissipated in the ambient air.

Die Erfindung ist geeignet für Computerchip, wie CPU und GPU. Die Erfindung ist auch geeignet für Leuchtdiodenlampe, Hochleistungschip von drahtloser oder verdrahteter Kommunikation. Die Erfindung ist sogar geeignet für die wärmeerzeugenden elektronischen Bauelemente von Radar, Laser, medizinischen Geräten oder Luftfahrt und Raumfahrt.The Invention is suitable for computer chip, such as CPU and GPU. The invention is also suitable for light-emitting diode lamp, High performance chip of wireless or wired communication. The invention is even suitable for the heat-generating electronic Components of radar, laser, medical devices or Aeronautics and Space.

Die vorstehende Beschreibung stellt nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und soll nicht als Definition der Grenzen und des Bereiches der Erfindung dienen. Alle gleichwertige Änderungen und Modifikationen gehören zum Schutzbereich dieser Erfindung.The The above description represents only a preferred embodiment of the invention and should not be used as a definition of boundaries and serve the scope of the invention. All equivalent changes and modifications are within the scope of this invention.

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Claims (17)

Kühlvorrichtung, die aus einem Verdampfer (1), einem Dampfrohr (2), einem Flüssigkeitsrohr (3) und einem Kondensator (4) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (1) ein flacher Verdampfer ist und einen Hauptkörper und mindestens ein poröses Material (12) umfaßt, wobei der Hauptkörper einen Aufnahmeraum für das poröse Material (12) und an den beiden Seiten jeweils eine Öffnung aufweist, die mit dem Dampfrohr (2) und dem Flüssigkeitsrohr (3) verbunden sind, und wobei das poröse Material (12) Dampfkanäle (121) bildet.Cooling device consisting of an evaporator ( 1 ), a steam pipe ( 2 ), a liquid pipe ( 3 ) and a capacitor ( 4 ), characterized in that the evaporator ( 1 ) is a flat evaporator and a main body and at least one porous material ( 12 ), wherein the main body has a receiving space for the porous material ( 12 ) and at the two sides each having an opening which is connected to the steam pipe ( 2 ) and the liquid tube ( 3 ) and wherein the porous material ( 12 ) Steam channels ( 121 ). Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper eine Bodenplatte (11) und einen Oberdeckel (13) aufweist.Cooling device according to claim 1, characterized in that the main body has a bottom plate ( 11 ) and an upper lid ( 13 ) having. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte auf der Unterseite eine Planfläche aufweist, die auf einem Chip aufliegen kann.Cooling device according to claim 2, characterized characterized in that the bottom plate on the underside of a plane surface has, which can rest on a chip. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (11) auf der Oberseite einen Vorsprung (111) bildet, um das poröse Material (12) auf der Bodenplatte (11) zu fixieren.Cooling device according to claim 2, characterized in that the bottom plate ( 11 ) on the top a projection ( 111 ) forms the porous material ( 12 ) on the bottom plate ( 11 ) to fix. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptkörper an den beiden Seiten eine Dampföffnung (131) und eine Flüssigkeitsöffnung (132) aufweist.Cooling device according to claim 1, characterized in that the main body at both sides of a steam opening ( 131 ) and a liquid opening ( 132 ) having. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite des Kondensators (4) ein Ventilator (5) angeordnet ist.Cooling device according to claim 1, characterized in that on one side of the condenser ( 4 ) a fan ( 5 ) is arranged. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberdeckel (13) im Inneren eine Trennplatte (134) aufweist, wobei zwischen der Trennplatte (134) und der Flüssigkeitsöffnung (132) eine Nachfüllkammer (135) und zwischen der Trennplatte (134) und der Dampföffnung (131) eine Dampfsammelkammer (136) gebildet ist.Cooling device according to claim 2 or 5, characterized in that the upper cover ( 13 ) inside a separating plate ( 134 ), wherein between the partition plate ( 134 ) and the liquid opening ( 132 ) a refill chamber ( 135 ) and between the separating plate ( 134 ) and the steam opening ( 131 ) a vapor collection chamber ( 136 ) is formed. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberdeckel (13) des Verdampfers (1) auf der Oberseite eine Öffnung (133) zum evakuieren oder Einfüllen des Arbeitsmediums aufweist.Cooling device according to claim 1 or 2, characterized in that the upper cover ( 13 ) of the evaporator ( 1 ) on top of an opening ( 133 ) for evacuating or filling the working medium has. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberdeckel (13) des Verdampfers (1) auf der Oberseite eine Öffnung (133) zum evakuieren oder Einfüllen des Arbeitsmediums aufweist.Cooling device according to claim 7, characterized in that the upper cover ( 13 ) of the evaporator ( 1 ) on top of an opening ( 133 ) for evacuating or filling the working medium has. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der flache Verdampfer (1) eine rechteckige, mehrkantige oder andere geometrische Form hat.Cooling device according to claim 1, characterized in that the flat evaporator ( 1 ) has a rectangular, polygonal or other geometric shape. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfkanäle (121) einen bogenförmigen, rechteckigen, ovalen, runden, wabenförmigen, mehrkantigen Querschnitt oder einen anderen geometrischen Querschnitt besitzen.Cooling device according to claim 1, characterized in that the steam channels ( 121 ) have an arcuate, rectangular, oval, round, honeycomb, polygonal cross section or another geometric cross section. Verfahren zur Herstellung der Kühlvorrichtung, das folgende Schritte enthält: (1) Bereitstellung des porösen Materials: das poröse Material (12) kann durch ein Metallpulver mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder ein Keramikpulver hergestellt werden; wenn das poröse Material (12) aus Metallpulver hergestellt ist, kann es durch ein separates Sintern erhalten werden oder direkt auf der Bodenplatte gesintert werden; beim Sintern werden ein Formwerkzeug für das Sinterpulver und ein Dorn (8) für die Dampfkanäle (121) des porösen Materials (12) verwendet; das Formwerkzeug mit dem Sinterpulver wird in einen Sinterofen gebracht; nach der Entfernung des Formwerkzeugs und der Dorne wird das poröse Material erhalten; (2) Bereitstellung des Oberdeckels: der Oberdeckel ist aus Metall oder Halbleitermaterial hergestellt; wenn der Oberdeckel aus Metall hergestellt ist, kann er durch mechanische Bearbeitung oder Gießen geformt werden; wenn der Oberdeckel aus Halbleitermaterial hergestellt ist, kann er durch mikroelektronische Bearbeitung geformt werden; (3) Bereitstellung der Bodenplatte: die Bodenplatte ist aus Kupfer, Aluminium oder Silizium hergestellt und durch mechanische Bearbeitung, Stanzen, Gießen oder mikroelektronische Bearbeitung geformt; (4) nach der Herstellung des porösen Materials werden der Oberdeckel und die Bodenplatte des Verdampfers miteinander verbunden; wenn der Oberdeckel und die Bodenplatte aus Metell (wie Kupfer) hergestellt sind, kann das Löten verwendet werden; wenn sie aus Halbleitermaterial hergestellt sind, kann das Bonden verwendet werden; (5) der dadurch erhaltene Verdampfer werden über Rohre mit dem Kondensator verbunden; danach wird das Wärmerohr hergestellt; dies enthält die Schritte wie Reinigen, Evakuieren, Füllen des Arbeitsmediums und Verschließen.A method of manufacturing the cooling apparatus, comprising the steps of: (1) providing the porous material: the porous material ( 12 ) can be produced by a metal powder with high thermal conductivity or a ceramic powder; when the porous material ( 12 ) is made of metal powder, it can be obtained by a separate sintering or sintered directly on the bottom plate; during sintering, a mold for the sintering powder and a mandrel ( 8th ) for the steam channels ( 121 ) of the porous material ( 12 ) used; the mold with the sintered powder is placed in a sintering furnace; after removal of the mold and mandrels, the porous material is obtained; (2) provision of the upper lid: the upper lid is made of metal or semiconductor material; when the upper lid is made of metal, it can be formed by mechanical working or casting; if the top cover is made of semiconductor material, it can be formed by microelectronic machining; (3) provision of the bottom plate: the bottom plate is made of copper, aluminum or silicon and formed by mechanical working, stamping, casting or microelectronic machining; (4) after the production of the porous material, the upper lid and the bottom plate of the evaporator are bonded together; if the top cover and bottom plate are made of metal (such as copper), soldering can be used; if made of semiconductor material, bonding can be used; (5) the evaporator obtained thereby is connected to the condenser via pipes; then the heat pipe is made; this includes the steps of cleaning, evacuating, filling the working fluid and closing. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1) das poröse Material (12) aus Metallnetz hergestellt werden kann.Method according to claim 12, characterized in that in step ( 1 ) the porous material ( 12 ) can be made of metal mesh. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1) das poröse Material (12) durch mikroelektronische Bearbeitungstechnik oder mit Nanostab hergestellt werden kann.Method according to claim 12, characterized in that in step ( 1 ) the porous material ( 12 ) can be produced by microelectronic processing technology or with nanostab. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (1) das Formwerkzeug und der Dorn (8) aus Hochtemperaturgraphit, Hochtemperaturkeramik oder Kohlenstoffstahl hergestellt werden können.Method according to claim 12, characterized in that in step ( 1 ) the mold and the mandrel ( 8th ) made of high temperature graphite, high temperature ceramics or carbon steel can be. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberdeckel und die Bodenplatte aus einem gleichen oder unterschiedlichen Metall hergestellt werden können.Method according to claim 12, characterized in that that the top cover and the bottom plate of a same or different metal can be produced. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Bearbeitungstechnik ein standardisiertes Ätzen von Halbleitermaterial sein kann, und dass die Herstellung mit Nanostab eine standardisierte Pfeilung-Depositionstechnik sein kann.Method according to claim 14, characterized in that that the electronic machining technique is a standardized etching of semiconductor material and that can be made with nanostab may be a standard sweep deposition technique.
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