WO2005071747A1

WO2005071747A1 - Heat pipe radiator of heat-generating electronic component

Info

Publication number: WO2005071747A1
Application number: PCT/CN2004/000356
Authority: WO
Inventors: Hongwu Yang
Original assignee: Hongwu Yang
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-04-15
Publication date: 2005-08-04
Also published as: EP1708261A1; CN1641868A; CN1314112C; US20050150636A1; EP1708261A4; EP1708261B1

Description

发热电子元件的热管散热器技术领域

本发明涉及一种散热器，尤其是一种通过调整散热鳍片、吸液芯及整体热管排布方式而制成的具有三维冷凝散热网络可用于电子元件散热的集成热管式散热器。背景技术

随着电子、电力技术的快速发展，特别是随着集成电路的集成度大幅度提高，电子元器件的散热问题已成为制约电子设备的运行速度及输出功率的重要问题之一。

以计算机 C J芯片为例，三十年内其集成度提高了近两万倍，其产生的热流量已经达到了 l OOW/cm²的程度，而且，这一数据还将随着集成电路的集成度的提高而继续增加。

众所周知，计算机工作的可靠性及寿命与其工作温度有着密切的关系，而芯片的集成度越高，其产生的热量就越高。正如人们所知，计算机芯片内部的正常工作温度为≤1 30^DC，而每升高 1度，其工作的可靠性就会降低 3. 8%。如果不能及时将这些热量散去，计算机工作的可靠性就得不到保障，甚至出现无法正常运行。对于计算机开发研究机构来说，如果不能有效的解决芯片以及其他电子元器件在工作中产生的热量，就无法研制出速度更快、功率更高、体积更小的数据处理设备。

目前，计算机以及电子元件的散热方式通常是将铝合金材料制造的梳状散热板安装在芯片或其它电子元件的本体上，制造一个较大的散热面积，同时，配以风扇将热量散幵，从而降低温度。这种方式虽然结构简单、成本低廉，但只能适用于运算速度不高，功率不大的电子设备中的元器件散热。

1998 年，美国桑迪亚国立实验室利用热管技术进行计算机芯片的散热，取得了较好的效果。

图 1所示为目前使用的一种采用热管的散热装置，它包括一个框体 1。框体 1的底板上紧密安装有多个用薄金属片制成的，且密集分布的散热鳍片 2。框体 1内底板上卧设有热管 3 (热管的数量可以是二支或三支）。热管 3穿出散热鰭片 2的下部，向上伸出弯转 180度穿入散热鰭片 2的上部。所有的散热鳍片 2都与热管 3紧密贴设连接。在热管 3中放置有遇热汽化，预冷凝结的液体工质。当框体 1被安装在芯片上时，芯片产生的热量使卧设在框体 1 内底板上的热管 3内的液体工质汽化，热量随着汽化的液体工质进入位于散热鳍片 2上部的热管 3中，并遇冷凝结，而热量则通过散热鳍片 2向外界散出。当散热鳍片 2顶部再安装强制风冷风扇 4后，热量更容易散出。由于热管具有极高的传热效率，所以，芯片产生的热量能够较快的被传递到远处的散热鳍片上，达到散热目的。这种方式比起以往的梳状散热板方式具有更高的散热效率。由于梳状散热板上散热片的温度往往是距离芯片较远的位置，温度较低，而靠近芯片的底部位置温度较高，这种温度梯度现象浪费了大量的散热面积，因此，不会具有较高的散热效率，而利用热管则能够克服梳状散热板所存在的散热效果不良的缺点。

图 1所示的热管散热装置虽然具有较好的散热效果，但是，由于其自身在结构上存在的不足（热源与底板之间、热管与底板之间、热管与鳍片之间都存在较高的热阻）以及考虑到散热器强度的问题，不能把鳍片做得很薄，而较厚的鰭片不仅浪费材料、占据有限空间，而且不能获得更多的散热面积，所以，这种方式仍然不能满足超大集成电路、大功率电子器件以及高速芯片对散热所提出的要求，使它的应用^ ^展受到了一定的限制。

同样，还有一种利用热管散热原理制成的芯片散热装置，它是采用一个内部灌装液体工质的中空壳体，在壳体表面延伸设置多个梳状散热片。当中空壳体安装在芯片表面时，芯片的热量传入中空壳体内，汽化的液体工质将热量送至中空壳体表面，并通过多个梳状散热片将热量散出。这种芯片散热装置比图 1所示的热管散热装置具有了更好的散热效率，但受到内部汽化空间的限制及表面散热空间的限制，其散热效率仍然不能充分满足当今高速芯片以及不断研制开发的更大规模集成电路芯片对散热的要求。

由此，如何利用热管传热原理，为满足电子元器件对散热所提出的更高要求，而设计并能够大规模制造出具有更高散热效率的散热器,'现已成为业内人士亟待解决的问题之一。发明内容

本发明所要解决的问题在于针对目前传统的散热器不能充分满足电子元器件的散热要求以及无法适应当今电子技术的快速发展的现状，提供一种发热电子元件的热管散热器，该散热器利用液体工质快速传导热量的热管原理，通过在三维空间设置冷凝网络，使热源所产生的热量能够与散热面积之间达到优化的匹配組合，为解决电子元件的散热问题提供了一条新的解决途径。为此，本发明提出如下技术方案：

一种发热电子元件的热管散热器，它包括一管状的壳体，它还包括管状的管状薄壁流体通道，该管状薄壁流体通道设置在所述壳体内，其边缘通过端面板与所述壳体的边缘密闭封接，使所述壳体的内壁与所述管状薄壁流体通道的外侧之间形成封闭空间，该封闭空间为真空，其内部灌装有遇热汽化，遇冷凝结的液体工质。

管状薄壁流体通道内固设有一层以上便于冷却流体通过时将热量带出的散热鳍片。封闭空间内位于所述壳体的内侧表面敷设有吸液芯，该吸液芯内具有产生毛细力能够吸附液体并使其延展的空隙。

端面板上设有用于抽真空并灌装所述液体工质的灌注口，该灌注口在所述封闭空间抽真空并灌装所述液体工质后封闭。

壳体可以采用导热性能良好的金属材料或有机材料制成。在对发热电子元件进行散热降温时，将所述壳体的表面贴设在发热电子元件的散热表面上，以发热电子元件的散热表面为热源，使热量通过壳体传送到所述液体工质，液体工盾遇热后开始逐步汽化。汽化的液体工质将热量迅速带到封闭空间内的任意位置，当遇到温度较低的管状薄壁流体通道的外侧表面时，将热量传到散热鳍片上，其自身则重新凝结为液态，并回流或通过吸液芯返回初始位置。当电子设备（如计算机）在移动状态下，或者处于躺倒放置状态下工作时，由于重力的原因，使液体工质没有聚集在发热电子元件的散热表面处，此时，依靠吸液芯的毛细力也能够使液体工质向发热电子元件位置聚拢，并且随着汽化的不断进行，液体工质将不断的流向发热位置，从而形成液体工质的液相一一气相循环转变。保证了电子设备在任何情况下都能够稳定的工作。

在上述技术方案中，散热鳍片使散热面积得到了大幅增加，在有冷风吹过管状薄壁流体通道时，散热鳍片使散热的效果更好。

在制造中，壳体的形状可以根据实际需要制成矩形或圓形或六角形管体或任何形状。吸液芯可以采用多层纤维编织网组成，也可以采用多层金属丝网叠设组成，还可以采用粉末烧结工艺制成的具有微孔的板状体。吸液芯可以通过粘接或焊接敷设在所迷壳体的内侧表面上。

吸液芯还可以采用另一种方式制造，它可以是由金属或有机材料薄片通过往复连续弯折或弯曲所制成的带状体。在薄片表面开设有孔，并通过详接或粘接环周贴设在所述壳体的内壁上。这种方式制成的吸液芯不仅具有上述吸液芯吸引液体工质的特点，而且，由于薄金属片本身就具有良好的热传导性，使其自身可以直接参与传热、导热。该吸液芯可以将位置距离热源较远处的液体工质直接快速汽化，从而提高了热传导速度，进而大大提高了整个发热电子元件的热管散热器的散热效率。

在上述技术方案中，管状薄壁流体通道可以才艮据具体散热要求制成一个或一个以上。所述端面板通过其边缘与多个薄壁流体的边缘以及壳体的边缘密闭封接，使管状薄壁流体通道与所述壳体内壁之间以及多个管状薄壁流体通道外侧之间形成相互贯通的封闭空间。

当壳体的体积及散热鳍片的层数一定时，设置多个管状薄壁流体通道，会降低散热鳍片的总散热面积，但是却能增加封闭空间的容积，利于液体工质汽化传热。管状薄壁流体通道数量的确定，取决于热源发出的热量与散热量之间的匹配要求，因此，通过调整管状薄壁流体通道的数量就可以达到散热的最优化匹配设计。另外，通过调整管状薄壁流体通道的截面形状，如将其制成矩形或圆形或六角形或其他形状，可以有效的利用有限的空间，使管状薄壁流体通道内供冷却流体通过的空间的容积与所迷封闭空间的容积比例达到一个较佳的匹配数值。实验结果表明：冷却流体通过的空间的容积应大于或等于所述封闭空间的容积的 2 倍。

管状薄壁流体通道可以采用导热性能良好的金属材料制造。为使散热鰭片牢固，可以在管状薄壁流体通道内设置由金属材料制成的支撑杆或支撑板。支撑杆或支撑板穿过所述散热鳍片并固接在所述管状薄壁流体通道的内壁上，并使散热鳍片与所述支撑杆或支撑板紧密连接。还可以在管状薄壁流体通道内设置由金属材料制成的薄壁热管，该薄壁热管穿过所述散热鳍片，并与所述散热鳍片紧密连接，其两端固接在所迷管状薄壁流体通道的内壁上，并与所述封闭空间贯通。这样不仅可以起到固定散热鳍片的作用，还能够利用该薄壁热管向散热鳍片传递热量，相当于加大了封闭空间的容积，以及向散热鳍片传递热量的面积，因此，具有良好的散热效果。

上迷方案中，端面板是封闭所述封闭空间的重要部件，为使其封闭牢靠并且便于生产，可以将所述的端面板的表面周边凸设便于焊接或粘接在所述壳体内壁及所述管状薄壁流体通道外侧表面的凸缘，该凸缘可以向封闭空间内设置，也可以向封闭空间外设置。通过凸缘的设置可以提高整个发热电子元件的热管散热器的强度，并适合大量生产。

所迷的散热鳍片为金属片制成，可以是波浪形，也可以是由金属片依照 "Z" 字形连续弯折所构成的散热鳍片組。在散热鳍片的表面还可以开设供冷却流体穿过的过孔，或者在其表面竖设有可造成冷却流体紊流的立刺，使散热效果更佳。

为进一步提高散热效率，可以在发热电子元件的热管散热器的管状薄壁流体通道的外部设置强制冷却风扇，为此，可以在所述的壳体边缘上匹配设置将所迷冷却风扇吹出的冷却流体导入管状薄壁流体通道内的引流罩，该引流罩的外形与所述壳体或管状薄壁流体通道的形状相同。

为充分利用封闭空间内液体工质的传热能力，最大限度的利用散热鳍片的集中散热能力，在所述的壳体外侧表面上还固定贴设有用导热性能良好的材料制造的外侧管状流体通道，该外侧管状流体通道的轴线与所述管状薄壁流体通道的轴线平行，其内壁上固定设有散热鳍片。外侧管状流体通道内的散热鳍片吸收壳体外侧表面上的热量，使壳体外侧的散热面积大大增加，从而加快了散热速度，使散热效率得到提高。

本发明所提供的扶术方案还可以为多个发热电子元件同时提供散热，并且为提高发热电子元件向壳体内的封闭空间传递热量的效率，在所述的壳体上可以固设有一个或多个能够与外部发热电子元件的散热面紧密贴合的导热板，该导热板嵌入所述壳体表面，或者是在所述壳体表面开设专用凹陷，并将导热板作为专用凹陷的底面。外部发热电子元件的散热面可以嵌入该专用凹陷中，并使其散热表面紧贴在导热板上。导热板是由具有良好导热性能的金属板或有机软板制成的矩形或圆形或根据发热电子元件的散热表面的形状制成与之相配的任何形状。

为满足超大规模集成电路技术的快速发展所带来的更高的芯片散热要求，本发明还提供了可直接对集成电路本身进行热管散热的技术方案，该方案还同时提供对大功率晶体管、高频晶体管进行直接散热的良好途径，其具体方案为：在上述技术方案的基础上，在所述的壳体上开设一个或多个开孔，在该开孔中嵌入与其尺寸相匹配的器件基板，该器件基板的周边与所述壳体严密封接。器件基板位于所述封闭空间内的表面上设有集成电子线路或电子元件的内芯。集成电子线路或电子元件的内芯的引脚线设置在所述器件基板位于壳体外侧的表面上。

吸液芯敷设在所述集成电子线路或电子元件的内芯上。液体工质为电绝缘材料，并与所述集成电子线路或电子元件的内芯材料化学相容、电相容。

在这一方案中，器件基板可以是集成电路的芯片底板，其表面的超大规模集成电路被直接设置在封闭空间内，并与液体工质直接接触，使热量的传递更加快捷，没有热阻，从而最大限度的提高了对芯片进行散热的能力，保证了其工作的稳定性，延长了芯片的使用寿命。同理，大功率晶体管的底板也可以做成所述的器件基板，其表面固結的 P- N结也直接与液体工质接触，从而消除了传统晶体管的散热只能通过热传导效率不高的结片底座绝缘材料导出的现象，使晶体管的散热效率得到大幅提高，从而提高并延长了晶体管，特别是大功率晶体管、高频晶体管的可靠性及使用寿命。

由以上各项技术方案可知，本发明利用热管传热原理，通过在管状壳体内设置管状薄壁流体通道而组成可供液体工质汽化传热的封闭空间，并利用设置在管状薄壁流体通道内的散热鳍片，构成一个具有三维空间的散热网络，使散热鳍片实现了超薄化、高密度化，获得了远大于传统热管散热装置所具有的散热面积。电子元件的发热量与散热器的散热效率之间获得了良好的优化匹配，可以在不增加散热器体积的情况下，提高散热器的散热效率，而且，本发明结构简单、传热速度快、热传导均匀、使用方便、工作可靠性高，可以根据电子器件的具体情况制成多种样式，以满足不同设备的需要。

另外，本发明还为现在乃至今后的超大规模集成电路及各种发热电子器件的散热问题提供了直接散热的有效解决方案。附图说明

图 1为目前使用的一种热管散热装置结构示意图；

图 2为本发明所提供发热电子元件的热管散热器原理结构示意图；

图 3为图 2所示热管散热器的端面板结构示意图；

图 4为本发明所采用吸液芯的一个具体实施例结构示意图；

图 5为本发明所采用吸液芯的另一个具体实施例结构示意图；

图 6为本发明所采用的薄片吸液芯的一个具体实施例结构示意图；

图 Ί为本发明所采用的薄片吸液芯的另一个具体实施例结构示意图；

图 8为本发明所采用的薄片吸液芯的又一个具体实施例结构示意图；

图 9为本发明所提供一个实施例的结构示意图；

图 10为本发明所提供另一个实施例的结构示意图；

图 11为图 10所示实施例的结构侧示图；

图 12为本发明所涉及端面板的另一个连接方式示意图；

图 13为本发明所涉及散热鳍片的一个具体实施方案结构示意图；

图 14为本发明所涉及散热鳍片的另一个具体实施方案结构示意图；

图 15为本发明所提供具有外侧管状流体通道的实施例结构示意图；

图 16为本发明所提供的一个降低热阻的实施例结构示意图；

图 Π为本发明所提供的一个消除热阻直接散热的实施例结构示意图。具体实施方式

以下，通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图 2所示为本发明所提供发热电子元件的热管散热器的原理结构示意图。该散热器包括一管状的壳体 5 (图中所示为矩形，也可以是其它形状）。在壳体 5内设有一个管状薄壁流体通道 6 , 该管状薄壁流体通道 6的形状也为矩形。管状薄壁流体通道 6与壳体 5之间通过前后两块平行的端面板 7沿边缘处密闭封接，使壳体 5的内壁与管状薄壁流体通道 6的外侧之间形成封闭空间 51 , 该封闭空间 51为真空，其内部灌装有遇热汽化，遇冷凝结的液体工质 52。

管状薄壁流体通道 6采用导热性能良好的金属薄板制成，在其内部固设有多层散热鳍片 61。多层散热鰭片 61密集平行排列，它们的侧边与管状薄壁流体通道 6的内壁连接。当冷流体穿过管状薄壁流体通道 6时，热量通过散热鳍片 61散出。

在封闭空间 51内位于壳体 5的内侧表面环周敷设有吸液芯 8 ,该吸液芯 8的内部及表面具有产生毛细力使液体能够吸附在其表面并通过其表面延伸的空隙。吸液芯 8可以通过; t早接或粘接固定在壳体 5的内侧表面，并部分浸泡在液体工质 52中。

在端面板 7上设有用于抽真空并灌装所述液体工盾 52的灌注口 71 , 该灌注口 71在封闭空间 51被抽真空并灌装所述液体工质 52后封闭。

上述发热电子元件的热管散热器在使用时，将其安装在发热电子器件的表面（如 CPU 芯片 ), 发热电子器件所产生的热量通过壳体 5的底部传到液体工质 52中，液体工质 52随即发生汽化，而未遇热部分则向被汽化部分流动补充。汽化的液体工质 52沿封闭空间 51的内部向上移动，并与管状薄壁流体通道 6的外侧进行热交换，热量被传递到多层散热鰭片 61 上。放出热量的汽化液体工质 52随着温度的降低，重新凝结为液态，并落回初始位置，向被汽化部分接续流动补充，如此，在封闭空间 51内部形成了液体工质 52的相变循环运动，在这一相变循环运动中，发热电子器件的热量被迅速排出。

在管状薄壁流体通道 6的内部，密集排布的多层散热鳍片 61获得了逸远大于发热电子器件表面的散热面积，从而能够保证热量的及时散出。

当电子设备在移动（如运输途中）或者在侧置、倒置状态下工作时，液体工质 52偏离了发热电子器件所处的位置，此时，吸液芯 8利用其内部的空隙而产生的毛细力吸附液体工质 52 , 使液体工质 52向发热电子器件所在位置延展，为其提供汽化散热，从而确保了液体工质 52的相变循环运动不会间断。

本发明所采用的端面板 7的形状是管状薄壁流体通道 6外侧与壳体 5内侧之间所形成的形状，上述例子中，端面板 7的形状为四方框形。为了安装方便、牢固、密封性好，可以将该端面板 7的截面制成如图 3所示的凹形。图 3中，端面板 7的表面周边向所迷封闭空间内环周凸设有凸缘 72，通过该凸缘 72能够方便的将端面板 7焊接或粘接在壳体的内壁、管状薄壁流体通道的外侧表面上，不仅操作方便，而且密封性好。凸缘 ⁷²的凸设方向也可以向封闭空间外，但是会减少封闭空间的容积。

本发明所采用的吸液芯 8可以制成多种形式。图 4所示是采用多层金属丝网 81焊接叠设組成的。多层金属丝网 81之间以及本身具有丰富的空隙，能够产生较好的液体吸附效果。

图 5所示是采用粉末烧结工艺制造的多孔吸液芯的局部示意图，该吸液芯依靠其内部及表面的微孔 82产生毛细力，对液体进行吸附。

图 6所示是一种采用具有良好导热性能的金属薄片依照 "U"字形通过往复连续弯折制成的带状体吸液芯。使该带状体吸液芯内形成了多个 "U" 形槽。在该带状体吸液芯的金属薄片表面开设有孔 83。孔 83可以是长方形或圆形缝隙口，它可以采用凸设或凹设的方式设置。这种带状体吸液芯可以悍接在壳体的内壁上。与上迷其他吸液芯相比较，它不仅具有良好的毛细吸附力，同时，由于其自身就是热的良好导体，因此，在使用时，它可以直接参与导热，并且能够快速将热量向远处的液体工质传递，并通过其表面的孔 83进行较大面积的汽化散热，因 jt匕，它比上述多层金属丝网吸液芯、粉末烧结工艺制造的多孔吸液芯具有更好的散热效果。

金属薄片制成的带状体吸液芯也可以制成如图 7所示的将金属薄片依照 "V"字形通过往复连续弯折制成的带状体吸液芯；也可以制成如图 8所示的将金属薄片依照 "Ω" 形通过往复连续弯折 >」成的带状体吸液芯。在图 7、图 8中，带状体吸液芯的表面都开设有孔 83, 用于液体工质通过其表面汽化。

通过孔 8 3及图 6、图 7、图 8中分别自然形成的多个 "U" 形槽、多个 "V" 形槽以及多个形樯可以方便的使液体工质在其内部

为便于 ^体工质的汽化、延展，可以将 "U" 形槽、 "V" 形槽以及 "Ω" 形槽的端口封闭。

上述几个由金属薄片制成的带状体吸液芯除具有传统吸液芯依靠毛细力传送液体的功能外，还具有另外两项特珠功能，使本发明具有更好的使用效果，其更能如下：

第一，当该吸液芯焊接在课题内侧表面上时，由于其自身具有牢固的结构，因此使壳体的强度能够得到极大的加强，故而在制造壳体时，可以采用薄形材料，这样不仅可以进一步减少热阻，加快热传导速度，而且，还能够在不降低壳体机械强度的基础上，减少壳体的重量，这对亍未来小型化电子设备的研制、生产、使用具有较大的意义，特别是当该电子设备应用在航天等尖端设备装置中时，尤为重要。

第二，由于该吸液芯通过弯折薄片，并在其表面开设有众多的孔，因此，当该吸液芯焊接在壳体上并在传送热量时，弯折边缘及开孔的边缘上往往具有相对更高的温度，使位于该处的液体工质极易沸腾，造成强化沸腾的效果，从而使电子器件所产生的热量能够更快的通过沸腾传递出去。

图 9所 vf 为本发明所提供的具有两个管状薄壁流体通道的具体实施例。图中，两个管状薄壁流体通道 6都依照壳体 5的形状制成矩形。端面板（图中为示出）的形状与两个与管状薄壁流体通道 6与壳体 5之间构成的形状相同，其封闭连接方式与上述原理结构相同，故不赘述。

在本实施例中，管状薄壁流体通道 6内还设有多个由金属材料制成的薄壁热管 62 , 该薄壁热管 62垂直穿过散热鰭片 61 , 并与散热鰭片 61紧密连接。薄壁热管 62的两端固接在管状薄壁流体通道 6的内壁上，其内腔与封闭空间 51贯通。薄壁热管 62的设立，一方面为密集排布的散热鳍片 61提供了支撑，增加了散热鳍片 61的强度，同时增大了热交换面积，另一方面增加了封闭空间 51的容积，更加有利于汽化的液体工质对外界的传热，加快了液体工质由气态到液态的相变速度，从而提高了整个发热电子元件的热管散热器的散热效率。

图 10所示为本发明所提供的另一个圆形壳体实施例的结构示意图。本实施例中，壳体 5为圆形，其底部为平面（用于紧贴安装在集成电路芯片的表面），该壳体 5内设有 10个类似桔子瓣形的管状薄壁流体通道 6。在管状薄壁流体通道 6内的散热鳍片 61为圆弧形密集排布。本实施例具有良好的散热效果，其圆形的壳体可以方便的配装强制冷风扇，使散热速度更快。为使强制冷风扇吹出的冷气流具有更高的散热率，在壳体 5边缘上还匹配设有能够将冷却流体导入管状薄壁流体通道 6内的引流罩 53 , 该引流罩 53的外形与壳体 5的形状相似 (如图 11所示）。引流罩 53的内侧为外大内小的雉形，当强制冷风扇安装在引流罩 53的外端，并向管状薄壁流体通道 6内吹风时，引流罩 53的锥形斜面能够引导尽可能多的冷却风进入管状薄壁流体通道 6 , 使散热效率提高。

在本实施例中，为了提高整个散热器的结构强度，在封闭空间 51内还设有三层加强板 54, 该加强板 54的形状与封闭空间 51在壳体 5的轴线方向上的正投影相同，即，与端面板 7的外形相同，并与端面板 7平行设置。在加强板 54上还开设有供液体工庾流过，不影响相变循环运动的开孔或缺口，。

在上述发热电子元件的热管散热器的具体实施例中，端面板与壳体的边缘以及管状薄壁流体通道的边缘的连接方式还可以采用如图 12所示的方式（图中只示出了端面板与壳体的连接结构示意图）。图中，端面板 7的边缘与壳体 5的边缘可以通过弯折咬口进行连接，并且可以在连接处进行焊接或粘接固定。端面板 7与管状薄壁流体通道的边缘也可以采用这种方式连接。这种连接方式对于有些发热电子元件的热管散热器来说适合工业化大批量生产，而且，还可以获得较大的封闭空间，而较大的封闭空间可以有助于液体工质的汽化散热。

本发明之所以具有较高的散热效率，还在于将散热鳍片的设置进行了优化设计，并提出了采用金属薄板制造的具体技术方案，如图 1 3所示。

图 13所示为散热鳍片的一个具体设置方案，图中，散热鳍片 61釆用薄型金属片制造，该金属片依照 "Z" 字形连续弯折，将散热鳍片 61制成一个散热鳍片组并安装在管状薄壁流体通道 6内。在散热鰭片 61的中间还设有一个支撑板 63。该支撑板 63采用金属材料制成，并垂直穿过散热鳍片 61 ,通过其上下两个边焊接固定在管状薄壁流体通道 6的内壁上，同时，散热鳍片 61与支撑板 63通过坪接而紧密连接。散热鳍片 61的弯折端还分别通过悍接与管状薄壁流体通道 6的内壁连接。这样，可以选择厚度尽可能小的金属片制造散热鰭片 61而不影响其结构的牢固性。支撑板 63实际上起到了肋的作用。另外，由于采用金属材料制造支撑板 63 , 并将其与散热鳍片 61紧密连接，使传热效率得到提高，而薄型散热鳍片 61也进一步增加了有效散热面积。

图 14为散热鳍片的另一个具体设置方案，在该方案中，散热鳍片 61是由金属片制成波浪形，并平行设置为一组固定在管状薄壁流体通道 6的内壁上。在每一片散热鳍片上还设有多个立刺 ⁶1 1。当冷却流体通过管状薄壁流体通道 6时，波浪形的散热鳍片 61可以使冷却流体起伏流动，延长了与散热鳍片 61表面的接触时间，增加了散热能力，而立刺 611可以造成冷却流体的紊流现象，从而使冷却流体能够带出更多的热量。

另夕卜，在散热鰭片 61的表面还可以开设一些供冷却流体穿过的过孔，这样可以尽量增加散热效率。

图 13、图 14所揭示的两个方案不仅有效的增加了散热面积，而且还提供了管状薄壁流体通道内供冷却流体通过的空间容积，该空间容积通常需要大于封闭空间容积的 2倍，而当制造体积较小的发热电子元件的热管散热器时，由于不能无限护大散热面积，因此，采用这种方式可以使流体通过的空间容积尽量增加。

当允许使用的散热空间较大时，本发明还可以提供另一个在壳体外侧增设外侧管状流体通道的实施例，其结构如图 15所示。

图中，壳体 5的表面上还固定贴设有三个用导热性能良好的材料制造的外侧管状流体通道 58。外侧管状流体通道 58的轴线与管状薄壁流体通道 6的轴线平行，其内壁上固定设有散热鳍片 61。外侧管状流体通道 58内的散热鳍片 61的设置方式采用图 13所示的方式，也可以采用平行设置方式。在使用中，散热鰭片 61吸收壳体 5外侧表面上的热量，使壳体 5 外侧的散热面积大大增加，从而加快了散热速度，使散热效率得到提高。

本发明的壳体可以采用金属材料制造，也可以采用工程塑料进行批量生产。当采用工程塑料时，为降氐接触热阻，可以在壳体上固定设置导热板，并使该导热板与发热电子元件的散热面紧密贴合。

导热板可以釆用直接嵌入壳体中的方式，也可以采用在壳体表面开设一个凹陷，将导热板作为该凹陷的底面，此时，导热板已经伸入封闭空间内，从而减少了过去那种接触式传热的热阻。图 16 所示就是将导热板伸入封闭空间内的一个具体实施例。从图中可以看出，在壳体 5的底部，开设有一个可以嵌入集成电路芯片（CPU芯片）的凹陷 55 , 该凹陷 55的底面就是所述的导热板 56。凹陷 55处于封闭空间 51内，吸液芯 8敷设在导热板 56的另一面上，而且，凹陷 55整体处于液体工盾 52中。这种设置方式，使芯片所产生的热量非常容易通过液体工质 52排出，其散热效率极高。

导热板 56 可以采用导热性能良好的金属板制成，也可以采用导热性能良好的有机软板制成。有机软板能够在一定的安装压力下与芯片的表面严密贴合，使芯片热量快速传入液体工质 52中。

导热板 56以反 EJ陷 55还可以根据发热电子元件的具体形状制成矩形、圆形或其他形状，而且，在壳体 5上可以用这种方式开设多个凹陷 55 ,从而制成对发热电子元件进行集成散热的发热电子元件热管散热器。

为彻底消除发热电子元件在散热中所存在的热阻问题，本发明还可以将发热电子元件的发热点直接浸泡在液体工质中，其具体实施例如下：

参考图 17。在壳体 5的底部设置开孔 57，该开孔 57中嵌入与其尺寸相匹配的器件基板 9 , 该器件基板 9的周边与壳体 5严密连接。在器件基板 9位于封闭空间 51内的表面上设有集成电子线路 91，该集成电子线路 91的多个引出脚 92通过器件反 9向外伸出，可以直接安装在电路板上。集成电子线路 91直接浸泡在液体工质 52中，吸液芯 8敷设在集成电子线路 91的表面。在本实施例中，吸液芯 8可以采用电绝缘的非金属材料制造，而液体工质也是电绝缘材料，并与集成电子线路 91化学相容、电相容。

本实施例的其他结构与上述实施例相同，在使用中集成电子线路 91所产生的热量被直接传入液体工质 52中，使散热效率达到组大化，从而消除了传递热阻现象。在具体生产中，可以首先将集成电子线路 91制作在器件基板 9的表面，再将器件基板 9密封固定在壳体 5 上预先设置的开孔 57中，最后对封闭空间 51进行抽真空、灌装液体工质 52的操作。

采用上述方式，可以在壳体 5的表面安装多个器件基板 9，从而制成具有多个芯片集成散热的一体化发热电子元件的热管散热器。

本实施例也可以用于制造自身具有发热电子元件的热管散热器的大功率晶体管元件以及具有多个晶体管元件的集成散热一体化发热电子元件的热管散热器。在生产中，只需要将

P-N结固结在器件 ^反的表面，使 P-N结产生的热量直接通过液体工质 52散出，从而解决了过去只能通过热传导效率不高的结片底座的绝缘材料导出热量，使散热效果不好而导致晶体管损坏的现象。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

权利要求

1、一种发热电子元件的热管散热器，它包括一管状的壳体，其特征在于：它还包括管状薄壁流体通道，该管状薄壁流体通道设置在所述壳体内，其边缘通过端面板与所述壳体的边缘密闭封接，使所述壳体的内壁与所述管状薄壁流体通道的外侧之间形成封闭空间，并且，该封闭空间为真空，在封闭空间内部灌装有遇热汽化，遇冷凝结的液体工质；

所述管状薄壁流体通道内固定设有散热鳍片；

所迷 †闭空间内位于所述壳体的内侧表面敷设有吸液芯，该吸液芯具有能够产生吸附液体的毛细力并使液体在该吸液芯上伸展的空隙；

所述端面板或壳体上设有用于抽真空并灌装所述液体工质的灌注口，该灌注口在所述去†闭空间抽真空并灌装所述液体工质后封闭。

2、据权利要求 1所迷的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的壳体是采用导热性能良好的材料制造的矩形或圆形或六角形管体。

3、才艮据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的吸液芯是由多层纤维编织网或多层金属丝网叠设组成，或者是采用粉末烧结制成的具有微孔的板状体。

4、据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的吸液芯是由金属或有机材料薄片通过往复连续弯折或弯曲所制成的带状体；所述薄片表面开设有孔，并通过焊接或粘接贴设在所述壳体的内壁上。

5、据权利要求 4所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的带状体由所述薄片依照 "U"字形或 "V"字形或 ' "形往复弯折或弯曲制成，使该带状体内形成多个 "U" 形槽或 Τ 形槽或 'Ώ" 形槽。

6、才艮据权利要求 5所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的带状体上位于所述 "U" 形槽或 "V" 形槽或 "Ω" 形槽的槽口端面为封闭。

7、根据权利要求 4所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所迷的孔为长孔或圆孔或凸设的缝隙口，并均匀分布设置在所述薄片的表面。

8、根据权利要求 1 -7任一所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的管；)夫薄壁流体通道为一个或一个以上；所述端面板与多个管状薄壁流体通道的边缘以及所述壳体的边缘密闭封接，使管状薄壁流体通道与所述壳体内壁之间以及多个管状薄壁流体通道外侧之间形成相互贯通的封闭空间。

9、根据权利要求 8所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的管状薄壁流体通道是采用导热性能良好的金属材料制造的矩形或圆形或六角形管体，该管状薄壁流体通道内供冷却流体通过的空间容积大于所述封闭空间容积的 2倍。

10、根据权利要求 8所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的管状薄壁流体通道内还设有一个或一个以上由金属材料制成的支撑杆或支撑板；所述支撑杆或支撑板穿过所述散热鰭片并固接在所述管状薄壁流体通道的内壁上；所述散热鳍片与所述支撑杆或支撑板紧密连接。

11、根据权利要求 8所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的管状薄壁流体通道还设有一个或一个以上由金属材料制成的薄壁热管，该薄壁热管穿过所述散热嗜片，并与所述散热鳍片紧密连接，其两端固接在所迷管状薄壁流体通道的内壁上，并与所述封闭空间贯通。

12'、根据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的端面板的表面周边凸设有便于焊接或粘接在所述壳体内壁及所述管状薄壁流体通道外侧表面的凸缘。

13、根据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的端面板的边缘与所壳体的边缘和 /或所述管状薄壁流体通道的边缘通过弯折咬口连接，并使连接 ^通过焊接或粘接固定。

14、根据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的封闭空间内还粘接或焊接有一层或一层以上不影响所述液体工质运行、用于加强所述壳体强度的加强板，该加强板的外形与所述端面板相同，并与所述端面板平行。

15、根据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的散热鳍片为金属片制成的波浪形。

16、根据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的散热鳍片是金属片依照 "Z" 字形连续弯折所构成的散热鳍片组。

17、根据权利要求 1或 15或 16所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的散热鳍片的表面开设有一个以上的供所述冷却流体穿过的过孔，或者在其表面竖设有可造成所述冷却流体紊流的立刺。

18、根椐权利要求 1-7任一所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所迷的壳体边缘上还匹配设有将所迷冷却流体导入所述管状薄壁流体通道内的？ I流罩，该引流罩的外形与所述壳体或所述管状薄壁流体通道的形状相同。

19、根据权利要求 1所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的壳体外侧表面上还固定贴设有用导热性能良好的材料制造的外侧管状流体通道，该外侧管状流体通道的轴线与所述管状薄壁流体通道的轴线平行，其内壁上固定设有散热鳍片。

20、根据权利要求 1或 19所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的壳体上固设有一个或一个以上能够与外部发热电子元件的散热面紧密贴合的导热板，该导热板嵌入所述壳体表面，或者是开设于所述壳体表面用于嵌入发热电子元件散热面的专用凹陷的底面。

21、根据权利要求 20所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的导热板是由具有良好导热性能的金属板或有机软板制成的矩形或圆形。

22、根据权利要求 1或 19所述的发热电子元件的热管散热器，其特征在于：所述的壳体上还开设有一个或一个以上的开孔，该开孔中嵌入与其尺寸相匹配的器件基板，该器件基板的周边与所述壳体严密封接；所迷器件基板位于所述封闭空间内的表面上设有集成电子线路或电子元件的内芯；所述集成电子线路或电子元件的内芯的引脚线设置在所述器件基板位于壳体外侧的表面上；所述吸液芯为电绝缘并敷设在所述集成电子线路或电子元件的内芯上；所述液体工质为电绝缘材料，并与所述集成电子线路或电子元件的内芯材料化学相容、电相容。