DE102021126643A1 - A vapor chamber with improved two-phase flow boiling structure - Google Patents

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Zhou Xiao-Xiang
Zhang Xingxing
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Abstract

Eine Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur umfasst Folgendes: einen Hauptkörper, bei dem zur Bildung einer luftdichten Kammer sich der erste Plattenkörper und der zweite Plattenkörper gegenseitig überdecken, wobei die luftdichte Kammer eine Kondensationsseite und eine Verdampfungsseite aufweist und mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist und die Oberfläche der Verdampfungsseite mit mehreren Erhebungen, mehreren Vertiefungen und einer Kapillarstruktur versehen ist, wobei die Erhebungen durch die Kapillarstruktur hindurchgehen und aus ihr herausragen und die Kapillarstruktur die Vertiefungen bedeckt, aber nicht ausfüllt, wodurch die Vertiefungen Räume bilden, die Arbeitsfluid aufnehmen können. Durch Anordnung der Vertiefungen und der Erhebungen kann der Siedeeffekt bei der Zweiphasenströmung innerhalb der Vapor Chamber erheblich verbessert werden.A vapor chamber with an improved two-phase flow boiling structure includes: a main body in which the first plate body and the second plate body overlap to form an airtight chamber, the airtight chamber having a condensing side and an evaporating side and being filled with a working fluid and the The surface of the evaporating side is provided with a plurality of ridges, a plurality of troughs and a capillary structure, the ridges passing through and protruding from the capillary structure and the capillary structure covering but not filling the troughs, whereby the troughs form spaces that can receive working fluid. By arranging the indentations and elevations, the boiling effect in the two-phase flow within the vapor chamber can be significantly improved.

Description

Gebiet der Erfindungfield of invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur und insbesondere eine verbesserte Struktur der Vapor Chamber, durch die der Siedeeffekt bei der Zweiphasenströmung innerhalb der Vapor Chamber verbessert wird.The present invention relates to a vapor chamber with an improved two-phase flow boiling structure, and more particularly to an improved vapor chamber structure which improves the boiling effect of the two-phase flow within the vapor chamber.

Stand der TechnikState of the art

VC ist die Abkürzung für Vapor Chamber, die einen Gehäusekörper mit einer luftdichten Kammer umfasst, wobei im Gehäusekörper ein Kapillardocht und ein Arbeitsfluid (Wasser, Kältemittel, Methanol, Aceton, flüssiges Ammoniak usw.) angeordnet sind. Die meisten derzeit auf dem Markt befindlichen Gehäusekörper bestehen in der Regel aus Kupfer, Aluminium oder Edelstahl. Zur Wärmeleitung ist für das interne Arbeitsfluid ein Mechanismus für die latente Wärme des Phasenwechsels vorhanden. Aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit werden Vapor Chambers für die Elektronik-, Luft- und Raumfahrt-, Militär-, Petrochemieindustrie und andere Industrien verwendet.VC is the abbreviation of Vapor Chamber, which includes a case body with an airtight chamber, with a capillary wick and a working fluid (water, refrigerant, methanol, acetone, liquid ammonia, etc.) placed in the case body. Most case bodies currently on the market are typically made of copper, aluminum or stainless steel. A phase change latent heat mechanism is present for the internal working fluid to conduct heat. Due to good thermal conductivity, Vapor Chambers are used for electronics, aerospace, military, petrochemical and other industries.

In den letzten Jahren ist die Wärmestromdichte von Chipgehäusen jedoch immer höher geworden. Beispielsweise kann der Stromverbrauch von ASIC-Chips 1000 W erreichen und die Wärmestromdichte 250 W/cm2 betragen. Zudem besteht bei den Dies noch die Hot-Spot-Problematik, wodurch die Anforderungen an den thermischen Widerstand bei der in der Vapor Chamber stattfindenden Verdampfung noch strenger sind. Darüber hinaus geht die Tendenz beim aktuellen IC-Design auch in Richtung Die-Struktur. Da die Dies nicht von anderen Strukturen bedeckt sind, diffundiert die von ihnen erzeugte Wärme direkter und schneller, sodass die sofort entstehende Wärme extrem hoch ist. Der Auseinandersetzung mit der Problematik der schnellen und plötzlichen Entwärmung wird mehr Aufmerksamkeit geschenkt. Wenn die Geschwindigkeit der Entwärmung zu langsam ist, führt dies leicht zu einer Überhitzung der Chips und einer Abschaltung oder sogar Beschädigung. Daher muss die von Dies erzeugte hohe Wärme durch das Wärmeleitelement schnell abgeführt werden.However, in recent years, the heat flux density of chip packages has become higher and higher. For example, the power consumption of ASIC chips can reach 1000 W and the heat flux density can be 250 W/cm 2 . In addition, the dies still have the hot-spot problem, which means that the requirements for thermal resistance in the vaporization taking place in the vapor chamber are even more stringent. In addition, the trend in current IC design is also towards die structure. Since the dies are not covered by other structures, the heat they generate diffuses more directly and quickly, so the instantaneous heat generated is extremely high. More attention is paid to dealing with the problem of rapid and sudden heat dissipation. If the heat dissipation speed is too slow, it will easily lead to the chips overheating and shutdown or even damage. Therefore, the high heat generated by dies must be dissipated quickly by the heat conducting element.

Heutzutage werden in der Industrie in der Regel Zweiphasenströmung-Wärmeleitelemente wie Vapor Chamber oder Wärmerohre verwendet, um die Wärme der wärmeerzeugenden Bauteile abzuführen. Der Aufbau der herkömmlichen Vapor Chamber weist immer noch die grundlegendste Form, nämlich ein Gehäusekörper mit einer Vakuumkammer, einem Arbeitsfluid und einer Kapillarstruktur, auf. Die auf einer Seite des Gehäusekörpers befindliche und mit wärmeerzeugenden Bauteilen in Kontakt stehende Verdampfungsseite nimmt die Wärme auf, anschließend wird das Arbeitsfluid erhitzt, damit ein Wärmeaustausch durch Verdampfung (Sieden) und den durch Kondensation erzielten Zweiphasenwechsel stattfinden kann.Today's industries typically use two-phase flow heat transfer devices such as vapor chambers or heat pipes to dissipate heat from heat-generating components. The structure of the conventional vapor chamber still has the most basic form, namely a case body with a vacuum chamber, a working fluid and a capillary structure. The evaporation side, located on one side of the casing body and in contact with heat-generating components, absorbs the heat, and then the working fluid is heated to allow heat exchange by evaporation (boiling) and the two-phase change achieved by condensation.

Bei der Anwendung des Zweiphasenwechsels der Arbeitsflüssigkeit der herkömmlichen Vapor Chamber oder des herkömmlichen Wärmerohrs findet an der Oberfläche des Kapillardochts in der Vapor Chamber nur einfach eine Verdampfung oder eine Verdampfung plus Filmsieden statt. Dies bedeutet, dass die in der luftdichten Kammer befindliche Arbeitsflüssigkeit an der Wandoberfläche der luftdichten Kammer verdampft (gesiedet) wird, um ein Verdampfungsphänomen zu bewirken. Nachdem die verdampfte Arbeitsflüssigkeit kondensiert ist, fließt sie durch die Kapillarstruktur in den beheizten Bereich zurück. Dies bedeutet, dass die in der luftdichten Kammer befindliche Arbeitsflüssigkeit den oben beschriebenen Zweiphasenwechsel aus Verdampfung plus Filmsieden und Kondensatrücklauf durchlaufen hat. Die in der herkömmlichen Vapor Chamber befindliche luftdichte Kammer muss warten, bis die gesamte Vapor Chamber auf Siedetemperatur erhitzt und dann die Arbeitsflüssigkeit zum Sieden erhitzt wurde, bevor bei ihr eine Verdampfung stattfindet. Der innere Abschnitt der Vapor Chamber, bei dem zur Erzielung eines Verdampfungseffekts die Arbeitsflüssigkeit zum Sieden erhitzt werden kann, ist nur der Abschnitt, der direkt mit der Arbeitsflüssigkeit in Kontakt kommt. Da die Arbeitsflüssigkeit nur mit einer kleinen Fläche der Vapor Chamber in Kontakt kommt, ist die Effizienz beim Erhitzen der Arbeitsflüssigkeit bis zum Verdampfen nicht hoch. Hinsichtlich des Mechanismus für die latente Wärme des Phasenwechsels gilt: Je stärker der Phasenwechsel ist, desto stärker ist die Fähigkeit zur latenten Wärme des Phasenwechsels. Daher kann die herkömmliche Vapor Chamber keine schnelle und sofortige Wärmeableitung für die aktuellen stark wärmeerzeugenden ICs, wie z. B. Dies, bereitstellen. Zur Zweiphasenströmungswärmeübertragung sind die herkömmlichen Verfahren, bei denen nur Verdampfung plus Filmsieden stattfindet, für die schnell oder sofort hohe Wärme erzeugenden Bauteile nicht mehr ausreichend. Wie das Problem gelöst werden kann, dass zur Bereitstellung einer Zweiphasenströmung-Struktur und zur Bewältigung der durch aktuelle Chips oder Dies erzeugten hohen Wärme innerhalb der Vapor Chamber eine Ergänzung um das Poolsieden oder Fließsieden ermöglicht wird, stellt eine wichtige Forschungsrichtung dar.When using the two-phase change of the working liquid of the conventional vapor chamber or the conventional heat pipe, only simple evaporation or evaporation plus film boiling takes place at the surface of the capillary wick in the vapor chamber. This means that the working liquid in the airtight chamber is vaporized (boiled) on the wall surface of the airtight chamber to cause an evaporation phenomenon. After the vaporized working liquid has condensed, it flows back through the capillary structure into the heated area. This means that the working liquid in the airtight chamber has gone through the two-phase change described above of evaporation plus film boiling and condensate return. The airtight chamber found in the conventional vapor chamber has to wait until the entire vapor chamber is heated to boiling temperature and then the working liquid is heated to boiling before it vaporizes. The inner portion of the vapor chamber, where the working liquid can be heated to boiling to achieve an evaporation effect, is only the portion that directly contacts the working liquid. Since the working liquid contacts only a small area of the vapor chamber, the efficiency of heating the working liquid to vaporization is not high. Regarding the mechanism for the latent heat of phase change, the stronger the phase change, the stronger the latent heat of phase change ability. Therefore, the traditional vapor chamber cannot quickly and instantaneously dissipate heat for the current high heat-generating ICs, such as B. This, provide. For two-phase flow heat transfer, the conventional methods, in which only evaporation plus film boiling takes place, are no longer sufficient for the rapidly or instantaneously high heat generating components. How to solve the problem of allowing pool boiling or flow boiling to be added to provide a two-phase flow structure and cope with the high heat generated by current chips or dies inside the vapor chamber is an important research direction.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Probleme zu lösen und eine Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur zu schaffen, durch die der Siedeeffekt bei der Zweiphasenströmung innerhalb der Vapor Chamber verbessert wird.The object of the invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a vapor chamber with an improved two-phase flow mung boiling structure, which improves the boiling effect in the two-phase flow inside the vapor chamber.

Zur Lösung der oben genannten Aufgaben stellt die vorliegende Erfindung eine Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur bereit, die Folgendes umfasst: einen Hauptkörper, der einen ersten Plattenkörper und einen zweiten Plattenkörper aufweist, wobei zur Bildung einer luftdichten Kammer sich der erste Plattenkörper und der zweite Plattenkörper gegenseitig überdecken, die luftdichte Kammer eine Kondensationsseite und eine Verdampfungsseite aufweist und mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, die Oberfläche der Verdampfungsseite mit einer Kapillarstruktur versehen ist, die Verdampfungsseite mehrere Erhebungen und mehrere Vertiefungen aufweist, die Erhebungen durch die Kapillarstruktur hindurchgehen und aus ihr herausragen und die Kapillarstruktur die Vertiefungen bedeckt, aber nicht ausfüllt, wodurch die Vertiefungen Räume bilden, die Arbeitsfluid aufnehmen können. Durch Anordnung der Vertiefungen und der Erhebungen kann der Siedeeffekt bei der Zweiphasenströmung innerhalb der Vapor Chamber erheblich verbessert werden.To achieve the above objects, the present invention provides a vapor chamber with an improved two-phase flow boiling structure, comprising: a main body having a first plate body and a second plate body, the first plate body and the second plate body being joined to form an airtight chamber Plate bodies overlap each other, the airtight chamber has a condensation side and an evaporation side and is filled with a working fluid, the surface of the evaporation side is provided with a capillary structure, the evaporation side has a plurality of projections and a plurality of depressions, the projections pass through and protrude from the capillary structure and the capillary structure covers but does not fill the cavities, whereby the cavities form spaces that can receive working fluid. By arranging the indentations and elevations, the boiling effect in the two-phase flow within the vapor chamber can be significantly improved.

An der Oberfläche der herkömmlichen Kapillarstruktur finden in der Regel Verdampfung plus Filmsieden statt. Da der Phasenwechsel im Mechanismus für die latente Wärme stark ist, ist die Wärmeaustauschkapazität für latente Wärme höher. Daher sind in der vorliegenden Erfindung Vertiefungen und Erhebungen auf der Oberfläche der Verdampfungsseite der Vapor Chamber vorgesehen, durch die ein sehr starker Phasenwechsel stattfindet und somit die Wärmeaustauschkapazität erhöht wird. Die Erhebungen und die Vertiefungen ragen aus der Oberfläche der Kapillarstruktur heraus und sind niedriger als die Oberfläche der Kapillarstruktur und bilden zusammen Räume, die Arbeitsfluid aufnehmen können, wodurch mehrere Strukturen für Poolsieden, Filmsieden und Fließsieden geschaffen werden und somit die Dampfblasen schnell von der Kapillarstruktur, den Erhebungen und den Vertiefungen getrennt werden, um die Fähigkeit zur latenten Wärme des Phasenwechsels zu verbessern.Evaporation plus film boiling typically occurs at the surface of the conventional capillary structure. Since the phase change in the latent heat mechanism is strong, the latent heat heat exchange capacity is higher. Therefore, in the present invention, depressions and elevations are provided on the surface of the evaporation side of the vapor chamber, through which a very strong phase change takes place and thus the heat exchange capacity is increased. The peaks and valleys protrude from the surface of the capillary structure and are lower than the surface of the capillary structure and together form spaces that can contain working fluid, creating multiple structures for pool boiling, film boiling and flow boiling, and thus the vapor bubbles quickly from the capillary structure, the crests and the valleys can be separated to improve the phase change latent heat capability.

Figurenlistecharacter list

  • 1 eine perspektivische Explosionsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur; 1 14 is an exploded perspective view of a first embodiment of the vapor chamber of the present invention having an improved two-phase flow boiling structure;
  • 2 eine Schnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur. 2 12 is a sectional view of the first embodiment of the vapor chamber with improved two-phase flow boiling structure of the present invention.

Detaillierte Beschreibung des AusführungsbeispielsDetailed description of the embodiment

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Figuren zur Beschreibung der Techniken, Methoden und Funktionen detailliert beschrieben, um die obige Aufgabe, Aufbauten und Merkmale der vorliegenden Erfindung vollständig verständlich zu machen.An exemplary embodiment is described in detail below with reference to the figures for describing the techniques, methods and functions in order to make the above object, structures and features of the present invention fully understandable.

Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die jeweils eine perspektivische Explosionsansicht und eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur zeigen. Wie in den Figuren gezeigt, umfasst die erfindungsgemäße Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur einen Hauptkörper 1.It will be on the 1 and 2 Reference is now made, which shows an exploded perspective view and a sectional view, respectively, of a first embodiment of the vapor chamber with improved two-phase flow boiling structure according to the present invention. As shown in the figures, the vapor chamber with improved two-phase flow boiling structure of the present invention comprises a main body 1.

Hierbei ist der Hauptkörper 1 ein hohles Gehäuse und weist einen ersten Plattenkörper 1a (dieser weist eine erste Innenseite und eine erste Außenseite auf) und einen zweiten Plattenkörper 1b (dieser weist eine zweite Innenseite und eine zweite Außenseite auf) auf, wobei sich der erste Plattenkörper und der zweite Plattenkörper gegenseitig überdecken, um eine luftdichte Kammer 11 zu bilden. Die luftdichte Kammer 11 weist eine Kondensationsseite 111 (nämlich die erste Innenseite) und eine Verdampfungsseite 112 (nämlich die zweite Innenseite) auf und die luftdichte Kammer 11 ist mit einem Arbeitsfluid 2 gefüllt, wobei die Oberfläche der Verdampfungsseite 112 eine Kapillarstruktur 3 aufweist und die Kapillarstruktur 3 ein gesintertes Pulver, ein Netzkörper, ein geflochtener Körper, ein Faserkörper oder eine Kombination davon ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kapillarstruktur ein geflochtener Körper, jedoch ist sie nicht darauf beschränkt. Die Kapillarstruktur des geflochtenen Körpers ist mit mehreren Durchgangslöchern versehen.Here, the main body 1 is a hollow casing and has a first plate body 1a (having a first inside and a first outside) and a second plate body 1b (having a second inside and a second outside), the first plate body and the second plate body overlap each other to form an airtight chamber 11 . The airtight chamber 11 has a condensing side 111 (namely, the first inside) and an evaporating side 112 (namely, the second inside), and the airtight chamber 11 is filled with a working fluid 2, the surface of the evaporating side 112 having a capillary structure 3 and the capillary structure 3 is a sintered powder, a mesh body, a braided body, a fibrous body, or a combination thereof. In the present embodiment, the capillary structure is a braided body, but is not limited to this. The capillary structure of the braided body is provided with multiple through holes.

Mehrere Stützstrukturen 12 sind in der luftdichten Kammer 11 vorgesehen. Die zwei Enden einer jeweiligen Stützstruktur 12 sind jeweils mit der Kondensationsseite 111 und der Verdampfungsseite 112 verbunden, wobei die Stützstrukturen 12 Stützstäbe oder Stützringe sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Stützstäbe als eine veranschaulichende Implementierung ausgewählt, jedoch sind die Stützstrukturen nicht darauf beschränkt. Die Stützstäbe sind trennbar ausgebildet. Oder die Stützstrukturen 12 können sich direkt von der Kondensationsseite 111 oder der Verdampfungsseite 112 zur anderen Seite erstrecken und dadurch gebildet sein.A plurality of supporting structures 12 are provided in the airtight chamber 11 . The two ends of a respective support structure 12 are respectively connected to the condensation side 111 and the evaporation side 112, the support structures 12 being support rods or support rings. In the present embodiment, the support rods are selected as an illustrative implementation, but the support structures are not limited thereto. The support rods are designed to be separable. Or the supporting structures 12 can extend directly from the condensation side 111 or the evaporation side 112 to the other side and be formed thereby.

Die Verdampfungsseite 112 ist mit mehreren Erhebungen 1121 und mehreren Vertiefungen 1122 konfiguriert, wobei die Erhebungen 1121 durch die Durchgangslöcher der Kapillarstruktur hindurchgehen und aus der Kapillarstruktur 3 herausragen und der Hohldurchmesser eines Durchgangslochs genau gleich oder größer als der Durchmesser einer entsprechenden Erhebung ist. Da die Kapillarstruktur 3 flach auf die Oberfläche der Verdampfungsseite 112 gelegt wird, sind die Vertiefungen 1122 so konfiguriert, dass sie aus den durch die nach unten vertiefte Oberfläche der Verdampfungsseite 112 gebildeten Dellen bestehen, sodass die Innenräume der Vertiefungen 1122 durch die Kapillarstruktur 3 abgedeckt und nicht ausgefüllt sind. Das heißt, die Vertiefungen 1122 befinden sich unter der Kapillarstruktur 3 und weisen mehrere Räume auf, die das Arbeitsfluid 2 aufnehmen können. Die oberen Enden der Erhebungen 1121 kommen nicht in Kontakt mit der Kondensationsseite 111.The evaporating side 112 is configured with a plurality of peaks 1121 and a plurality of valleys 1122, the peaks 1121 passing through the through-holes of the capillary structure hen and protrude from the capillary structure 3 and the hollow diameter of a through hole is exactly the same as or larger than the diameter of a corresponding elevation. Since the capillary structure 3 is laid flat on the surface of the evaporation side 112, the recesses 1122 are configured to consist of the dents formed by the downwardly recessed surface of the evaporation side 112, so that the interiors of the recesses 1122 are covered by the capillary structure 3 and are not filled out. That is, the recesses 1122 are located under the capillary structure 3 and have multiple spaces that can accommodate the working fluid 2 . The top ends of the bumps 1121 do not come into contact with the condensing side 111.

Die der Verdampfungsseite 112 des Hauptkörpers 1 gegenüberliegende andere Seite (nämlich die Außenfläche des Hauptkörpers 1) wird mit mindestens einem wärmeerzeugenden Bauteil 4 in Kontakt gebracht, um Wärme zu absorbieren. Die Verdampfungsseite 112 (nämlich die Innenseite des Hauptkörpers 1) weist einen erhitzten Bereich 13 an der mit dem wärmeerzeugenden Bauteil 4 korrespondierenden Stelle auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Erhebungen 1121 und die Vertiefungen 1122 im erhitzten Bereich 13 angeordnet. Sie können jedoch auch im nicht erhitzten Bereich, nämlich am Umfang des erhitzten Bereichs, angeordnet sein. Ferner können die Erhebungen 1121 und die Vertiefungen 1122 äquidistant oder nicht äquidistant angeordnet sein. Oder sie können konzentriert oder verteilt angeordnet sein, oder sie können eine gleiche oder unterschiedliche Größe, Dicke, Lochtiefe oder eine beliebige Kombination davon aufweisen.The other side opposite to the evaporating side 112 of the main body 1 (namely, the outer surface of the main body 1) is brought into contact with at least one heat-generating member 4 to absorb heat. The evaporating side 112 (namely, the inside of the main body 1) has a heated portion 13 at the position corresponding to the heat-generating component 4. As shown in FIG. In the present exemplary embodiment, the elevations 1121 and the depressions 1122 are arranged in the heated area 13 . However, they can also be arranged in the non-heated area, namely on the periphery of the heated area. Furthermore, the elevations 1121 and the depressions 1122 can be arranged equidistantly or not equidistantly. Or they can be concentrated or distributed, or they can be the same or different in size, thickness, hole depth, or any combination thereof.

Die Kapillarstruktur 3 weist mit den Erhebungen 1121 korrespondierende Durchgangslöcher 31 auf. Die Durchgangslöcher 31 sind so konfiguriert, dass der Lochdurchmesser eines jeweiligen Durchgangslochs 31 größer oder gleich dem Außendurchmesser der entsprechenden Erhebung 1121 ist. D. h. wenn der Lochdurchmesser eines jeweiligen Durchgangslochs 31 größer als der Außendurchmesser der entsprechenden Erhebung 1121 ist, besteht ein Spalt zwischen diesem Durchgangsloch 31 und der entsprechenden Erhebung 1121. Wenn der Lochdurchmesser eines jeweiligen Durchgangslochs 31 gleich dem Außendurchmesser der entsprechenden Erhebung 1121 ist, liegt die Kapillarstruktur 3 an den Erhebungen 1121 an.The capillary structure 3 has through holes 31 corresponding to the elevations 1121 . The through holes 31 are configured such that the hole diameter of each through hole 31 is greater than or equal to the outer diameter of the corresponding bump 1121 . i.e. if the hole diameter of a respective through hole 31 is greater than the outer diameter of the corresponding elevation 1121, there is a gap between this through hole 31 and the corresponding elevation 1121. If the hole diameter of a respective through hole 31 is equal to the outer diameter of the corresponding elevation 1121, the capillary structure is 3 at the elevations 1121.

Wenn der Lochdurchmesser eines jeweiligen Durchgangslochs 31 gleich dem Außendurchmesser der entsprechenden Erhebung 1121 ist, kann das an der Außenseite der Erhebungen 1121 anhaftende Arbeitsfluid 2 nach dem teilweisen Kondensieren schnell entlang der mit den Erhebungen 1121 in Kontakt stehenden Kapillarstruktur 3 zum Verdampfungsbereich zurückfließen. Wenn der Lochdurchmesser eines jeweiligen Durchgangslochs 31 größer als der Außendurchmesser der entsprechenden Erhebung 1121 ist, kann das verdampfte Arbeitsfluid 2 schnell aus dem zwischen diesem Durchgangsloch 31 und der entsprechenden Erhebung 1121 befindlichen Spalt nach außen diffundieren.When the hole diameter of each through hole 31 is equal to the outer diameter of the corresponding bump 1121, the working fluid 2 adhering to the outside of the bumps 1121 after being partially condensed can quickly flow back to the evaporation region along the capillary structure 3 in contact with the bumps 1121. When the hole diameter of each through hole 31 is larger than the outer diameter of the corresponding bump 1121 , the vaporized working fluid 2 can quickly diffuse to the outside from the gap between this through hole 31 and the corresponding bump 1121 .

In der vorliegenden Erfindung kann die Form der Erhebungen 1121 und der Vertiefungen 1122 kegelförmig oder polygonal sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist sie am bevorzugtesten kegelförmig. Die Erhebungen 1121 weisen eine positive Pyramidenform auf und die Spitzen der Pyramiden können stumpf oder spitz sein. Die Breite der Erhebungen 1121 beträgt etwa 1,5 mm und die Erhebungen ragen etwa 1 bis 2 mm aus der Oberfläche der Kapillarstruktur 3 heraus. Die Breite der Vertiefungen 1122 beträgt etwa 0,3 bis 0,5 mm und die Tiefe beträgt etwa 0,2 bis 0,3 mm. Die Kapillarstruktur 3 befindet sich aufgrund der Anordnung der Erhebungen 1121 und der Vertiefungen 1122 genau in der Mitte von den beiden.In the present invention, the shape of the projections 1121 and the depressions 1122 may be conical or polygonal. In the present embodiment it is most preferably conical. The bumps 1121 have a positive pyramid shape and the tops of the pyramids can be blunt or pointed. The width of the elevations 1121 is approximately 1.5 mm and the elevations protrude from the surface of the capillary structure 3 by approximately 1 to 2 mm. The width of the depressions 1122 is about 0.3 to 0.5 mm and the depth is about 0.2 to 0.3 mm. Due to the arrangement of the elevations 1121 and the depressions 1122, the capillary structure 3 is located exactly in the middle of the two.

Basierend auf den Dokumenten kann eine kochende Flüssigkeit je nach Siedezustand in zwei Kategorien eingeteilt werden: Zum einen bilden sich die Dampfkeime beim Sieden zum größten Teil in der flüssigen Phase (bulk phase). Es ist keine feste Heizfläche in der Flüssigkeit vorhanden, was als homogenes Sieden (homogeneous boiling) bezeichnet wird. Zum anderen findet ein Sieden auf der mit der Flüssigkeit in Kontakt stehenden festen Heizfläche statt, was als heterogenes Sieden (heterogeneous boiling) bezeichnet wird, wobei das heterogene Sieden die häufigste Art des Siedens ist und den meisten praktischen Wert im normalen täglichen Leben und in der Industrie hat.Based on the documents, a boiling liquid can be divided into two categories depending on the boiling state: On the one hand, the vapor nuclei form during boiling for the most part in the liquid phase (bulk phase). There is no fixed heating surface in the liquid, which is called homogeneous boiling. Second, boiling takes place on the solid heating surface in contact with the liquid, which is called heterogeneous boiling, heterogeneous boiling being the most common type of boiling and having the most practical value in normal daily life and medicine industry has.

Je nach Zustand des Flüssigkeitsflusses kann das Sieden in zwei Arten unterteilt werden: Poolsieden oder Fließsieden. Die Heizfläche wird ohne Rühren in ein flüssiges Becken gelegt und das dabei stattfindende Sieden wird als Poolsieden bezeichnet. Das Fließsieden findet im Prozess des Flüssigkeitsflusses statt. Beide Arten von Siedevorgängen haben wichtige Anwendungen in der Industrie.Depending on the state of liquid flow, boiling can be divided into two types: pool boiling or flow boiling. The heating surface is placed in a pool of liquid without stirring and the boiling that occurs is called pool boiling. Flow boiling takes place in the process of liquid flow. Both types of boiling have important industrial applications.

Zur Zweiphasenströmungswärmeübertragung finden bei der herkömmlichen Vapor Chamber nur Verdampfung plus Filmsieden statt, sodass die durch Hochleistungschips oder Dies erzeugte Hitze nicht schnell abgeleitet werden kann. Daher ist es notwendig, den Siedezustand in der Kammer der Vapor Chamber zu verstärken, um die gesamte Wärmeübertragungseffizienz zu erhöhen.For two-phase flow heat transfer, the conventional vapor chamber involves only evaporation plus film boiling, so the heat generated by high-performance chips or dies cannot be dissipated quickly. Therefore, it is necessary to strengthen the boiling state in the vapor chamber in order to increase the overall heat transfer efficiency.

Wenn in der vorliegenden Erfindung sich der Hauptkörper 1 erhitzt, können die Erhebungen 1121 das verdampfte Arbeitsfluid 2 leiten, damit es in Dampf umgewandelt wird und dann nach oben diffundiert. Durch Anordnung der zwischen den Erhebungen 1121 befindlichen niedrigen Bereiche und der an den Vertiefungen 1122 gebildeten kleinen Wasseransammlungen (mehrere kleine Dellen und mehrere kleine Wasserlachen) wird der mit dem Hauptkörper 1 und dem Arbeitsfluid 2 in Kontakt stehende große Bereich in mehrere kleine Bereiche unterteilt. Durch diese kleinen Bereiche kann das schnelle Sieden von an den „Keimpunkten“ befindlichen Wasser nach dem Erhitzen des im Hauptkörper 1 befindlichen Arbeitsfluids 2 erreicht werden, wodurch die durch die Verdampfung des Arbeitsfluids 2 entstehenden Dampfblasen sich schnell lösen und verdampfen und somit ein Poolsieden und ein Fließsieden stattfindet, um den im Inneren des Hauptkörpers 1 stattfindenden Zweiphasenwechsel zu verstärken. Der Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Hauptkörper 1 und der herkömmlichen Vapor Chamber besteht darin, dass im erfindungsgemäßen Hauptkörper 1 gleichzeitig verschiedene Phasenwechsel beim Poolsieden, Filmsieden und Fließsieden stattfinden, sodass eine schnelle Wärmeübertragung durch den Zweiphasenwechsel gewährleistet werden kann und somit eine homogene Temperatur durch die Vapor Chamber schnell oder sofort erreicht werden kann. Im Vergleich zur herkömmlichen Vapor Chamber, in der nur Verdampfung und Filmsieden stattfinden, weist die vorliegende Erfindung eine bessere Wärmeübertragungseffizienz auf. Im Vergleich zur herkömmlichen Vapor Chamber kann die vorliegende Erfindung zur Verbesserung des latenten Wärmeaustauschs zusätzlich einen sehr starken Phasenwechsel bieten.In the present invention, when the main body 1 heats up, the ridges 1121 can guide the vaporized working fluid 2 to be vaporized and then diffused upward. By arranging the low areas located between the crests 1121 and the small pools of water (several small dents and several small puddles) formed at the depressions 1122, the large area in contact with the main body 1 and the working fluid 2 is divided into plural small areas. Through these small areas, the rapid boiling of water located at the "nucleation points" can be achieved after heating the working fluid 2 located in the main body 1, causing the vapor bubbles generated by the evaporation of the working fluid 2 to be quickly released and evaporated, thus pool boiling and one Fluid boiling takes place in order to enhance the two-phase change taking place inside the main body 1 . The difference between the main body 1 according to the invention and the conventional vapor chamber is that in the main body 1 according to the invention, different phase changes in pool boiling, film boiling and flow boiling take place at the same time, so that rapid heat transfer can be ensured by the two-phase change and thus a homogeneous temperature through the vapor chamber can be reached quickly or immediately. Compared to the traditional vapor chamber in which only evaporation and film boiling take place, the present invention has better heat transfer efficiency. In addition, compared to the conventional vapor chamber, the present invention can provide a very strong phase change to improve the latent heat exchange.

BezugszeichenlisteReference List

11
Hauptkörpermain body
1a1a
erster Plattenkörperfirst plate body
1b1b
zweiter Plattenkörpersecond plate body
1111
luftdichte Kammerairtight chamber
111111
Kondensationsseitecondensation side
112112
Verdampfungsseiteevaporation side
11211121
Erhebungelevation
11221122
Vertiefungdeepening
1212
Stützstruktursupport structure
22
Arbeitsfluidworking fluid
33
Kapillarstrukturcapillary structure
44
wärmeerzeugendes Bauteilheat-generating component

Claims (8)

Eine Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur, umfassend: einen Hauptkörper, der einen ersten Plattenkörper und einen zweiten Plattenkörper aufweist, wobei zur Bildung einer luftdichten Kammer sich der erste Plattenkörper und der zweite Plattenkörper gegenseitig überdecken, die luftdichte Kammer eine Kondensationsseite und eine Verdampfungsseite aufweist und mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, die Oberfläche der Verdampfungsseite mit einer Kapillarstruktur versehen ist, die Verdampfungsseite mehrere Erhebungen und mehrere Vertiefungen aufweist, die Erhebungen durch die Kapillarstruktur hindurchgehen und aus ihr herausragen und die Vertiefungen unterhalb der Kapillarstruktur ausgespart sind und dabei nicht von der Kapillarstruktur ausgefüllt werden, um Räume zu bilden, die Arbeitsfluid aufnehmen können.An improved two-phase flow boiling structure vapor chamber comprising: a main body having a first plate body and a second plate body, wherein the first plate body and the second plate body overlap to form an airtight chamber, the airtight chamber has a condensing side and an evaporating side, and is filled with a working fluid, the surface of the evaporating side is provided with a capillary structure, the evaporating side has a plurality of peaks and a plurality of valleys, the peaks passing through and protruding from the capillary structure and the valleys are recessed below the capillary structure and are not filled by the capillary structure to form spaces that receive working fluid can. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der zur Bildung von Vorsprüngen die Erhebungen von der Oberfläche der Verdampfungsseite nach oben hervorstehen, die oberen Enden der Erhebungen nicht in Kontakt mit der Kondensationsseite kommen und zur Bildung von Dellen die Vertiefungen nach unten zur Oberfläche der Verdampfungsseite vertieft sind.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 wherein the projections protrude upward from the evaporating side surface to form projections, the top ends of the projections do not come into contact with the condensing side, and the recesses are recessed downward toward the evaporating side surface to form dents. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der die der Verdampfungsseite des Hauptkörpers gegenüberliegende andere Seite mit mindestens einem wärmeerzeugenden Bauteil in Kontakt gebracht wird, um Wärme zu absorbieren, wobei die Verdampfungsseite einen erhitzten Bereich an der mit dem wärmeerzeugenden Bauteil korrespondierenden Stelle aufweist und die Erhebungen und die Vertiefungen im erhitzten Bereich angeordnet sind.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 wherein the other side opposite to the evaporating side of the main body is brought into contact with at least one heat-generating member to absorb heat, the evaporating side having a heated area at the position corresponding to the heat-generating member and the projections and the depressions in the heated area are arranged. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der mehrere Stützstrukturen in der luftdichten Kammer vorgesehen sind und die zwei Enden einer jeweiligen Stützstruktur jeweils mit der Kondensationsseite und der Verdampfungsseite verbunden sind.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 wherein a plurality of support structures are provided in the airtight chamber, and the two ends of each support structure are connected to the condensing side and the evaporating side, respectively. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der entweder die Erhebungen oder die Vertiefungen polygonal sind.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 , where either the peaks or the valleys are polygonal. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der die oberen Enden der Erhebungen einen stumpfen Winkel oder einen spitzen Winkel aufweisen.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 , in which the tops of the projections have an obtuse angle or an acute angle. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der die Kapillarstruktur ein gesintertes Pulver, ein Netzkörper, ein geflochtener Körper oder eine Kombination davon ist.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 wherein the capillary structure is a sintered powder, a mesh body, a braided body, or a combination thereof. Vapor Chamber mit verbesserter Zweiphasenströmung-Siedestruktur nach Anspruch 1, bei der die Kondensationsseite an der Innenfläche des ersten Plattenkörpers und die Verdampfungsseite an der Innenfläche des zweiten Plattenkörpers ausgebildet ist.Vapor Chamber with improved two-phase flow boiling structure claim 1 wherein the condensing side is formed on the inner surface of the first plate body and the evaporating side is formed on the inner surface of the second plate body.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20200236810A1 (en) 2017-04-28 2020-07-23 Murata Manufacturing Co., Ltd. Vapor chamber
US20200309470A1 (en) 2018-02-12 2020-10-01 Delta Electronics, Inc. Vapor chamber
US20210180877A1 (en) 2019-12-12 2021-06-17 National Tsing Hua University Vapor chamber device

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