WO2024001199A1 - 均温板、散热器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种均温板、散热器及电子设备，均温板包括：底板、顶板、侧板及回流件，底板包括第一散热区和设置于第一散热区周侧的第二散热区，第一散热区对应发热元件设置；顶板与底板间隔设置；侧板围设于底板的第二散热区的周侧，并连接底板和顶板，且底板、顶板及侧板合围形成用于容纳流体介质的蒸发腔；回流件设置于蒸发腔内，并连接底板和顶板；其中，第一散热区靠近顶板一侧至少设置有第一毛细结构层，第二散热区靠近顶板一侧至少设置有第二毛细结构层，第一毛细结构层的毛细力大于第二毛细结构层的毛细力，且流体介质在第二毛细结构层内的流动阻力小于在第一毛细结构层内的流动阻力。
Description
相关申请
本申请要求于2022年6月29号申请的、申请号为202210750928.6的中国专利申请的优先权。
本申请涉及电子设备的散热技术领域，尤其涉及一种均温板、散热器及电子设备。
目前，IC芯片是电子设备进行运算的核心，也是电子设备的主要发热元件之一。随着5G通讯技术的发展，通讯产品追求大容量、高性能。尤其是一些多功能IC芯片集成度越来越高，导致IC芯片功耗及热流密度持续攀升，对散热技术提出了严峻的挑战。
当前液冷技术还不成熟，芯片散热问题主要依赖风冷散热技术来解决，而均温板散热技术是风冷散热的关键技术。均温板(VC，Vapor Chamber)，主要包括外壳、毛细结构及工作介质(也称流体介质)。VC形成一个封闭的腔体，腔体内部被抽成真空，并充入工作介质，使得工作介质产生相变而传递热量。
然而，传统的均温板，散热效果不佳，使得造成电子设备工作时，无法对电子设备的发热元件进行及时散热，造成电子设备发热量过大。
发明内容
本申请实施例的主要目的在于提供一种均温板、散热器及电子设备，旨在提供一种对发热元件进行有效的导热、散热的均温板。
第一方面，本申请实施例提供一种均温板，包括：
底板，所述底板包括第一散热区和设置于所述第一散热区周侧的第二散热区，所述第一散热区对应发热元件设置；
顶板，所述顶板与所述底板间隔设置；
侧板，所述侧板围设于所述底板的第二散热区的周侧，并连接所述底板和所述顶板，且所述底板、所述顶板及所述侧板合围形成用于容纳流体介质的蒸发腔；
回流件，所述回流件设置于所述蒸发腔内，并连接所述底板和所述顶板；
其中，所述第一散热区靠近所述顶板一侧至少设置有第一毛细结构层，所述第二散热区靠近所述顶板一侧至少设置有第二毛细结构层，所述第一毛细结构层的毛细力大于所述第二毛细结构层的毛细力，且所述流体介质在所述第二毛细结构层内的流动阻力小于在所述第一毛细结构层内的流动阻力。
第二方面，本申请实施例提供一种散热器，所述散热器包括：散热结构及前述的均温板，其中，所述散热结构与所述均温板连接。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：前述的散热器。
本申请所提供了一种均温板、散热器及电子设备，其中，均温板，包括：底板、顶板、侧板及回流件，所述底板包括第一散热区和设置于所述第一散热区周侧的第二散热区，所述第一散热区对应发热元件设置；所述顶板与所述底板间隔设置；所述侧板围设于所述底板的第二散热区的周侧，并连接所述底板和所述顶板，且所述底板、所述顶板及所述侧板合围形成用于容纳流体介质的蒸发腔；所述回流件设置于所述蒸发腔内，并连接所述底板和所述顶板；其中，所述第一散热区靠近所述顶板一侧至少设置有第一毛细结构层，所述第二散热区靠近所述顶板一侧至少设置有第二毛细结构层，所述第一毛细结构层的毛细力大于所述第二毛细结构层的毛细力，且所述流体介质在所述第二毛细结构层内的流动阻力小于在所述第一毛细结构层内的流动阻力，本申请实施例通过在底板设置有两种不同的毛细结构，其中，第一毛细结构层可以提升毛细力及热传导效率，第二毛细结构层可以降低冷凝液体回流阻力，从而提升均温板的传热、散热能力，解决均温板在高功耗、高热流密度芯片应用场景的散热难题。
为了更清楚地说明本申请实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种均温板的结构示意图；
图2A及图2B是本申请实施例提供的一种均温板内所设置的第二毛细结构层的示意图；
图3A是本申请实施例提供的一种均温板的底板的俯视结构示意图；
图3B至图3E是本申请实施例提供的一种均温板中毛细结构为沟槽毛细结构时，沟槽毛细结构中沟槽的剖面结构示意图；
图4是本申请实施例提供的均温板的一种变形结构的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的均温板的又一种变形结构的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的散热器的结构示意图；
图7是本申请实施例提供的一种电子设备的示意性结构框图。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
需要说明的是，在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
目前，IC芯片是电子设备进行运算的核心，也是电子设备的主要发热元件之一。随着5G通讯技术的发展，通讯产品追求大容量、高性能。尤其是一些多功能IC芯片集成度越来越高，导致IC芯片功耗及热流密度持续攀升，对散热技术提出了严峻的挑战。
当前液冷技术还不成熟，芯片散热问题主要依赖风冷散热技术来解决，而均温板散热技术是风冷散热的关键技术。均温板(VC，Vapor Chamber)，主要包括外壳、毛细结构及工作介质(也称流体介质)。VC形成一个封闭的腔体，腔体内部被抽成真空，并充入工作介质，使得工作介质产生相变而传递热量。
然而，传统的均温板，散热效果不佳，使得造成电子设备工作时，无法对电子设备的发热元件进行及时散热，造成电子设备发热量过大。
基于此，本申请提供了一种均温板、散热器及电子设备，旨在提供一种对发热元件进行有效的导热、散热的均温板，实现电子设备工作时，及时对发热元件进行散热，从而避免电子设备发热量过大发生故障或事故。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参阅图1，图1为本申请实施例提供的一种均温板的剖面结构示意图。
如图1所示，均温板10用于与发热元件20适配，以对发热元件20进行散热，该均温板10包括底板11、顶板12、侧板13及回流件14。底板11包括第一散热区111和设置于第一散热区111周侧的第二散热区112，第一散热区111对应发热元件20设置，顶板12与底板11间隔设置，侧板13围设于底板11的第二散热区112的周侧，并连接底板11和顶板12，且底板11、顶板12及侧板13合围形成用于容纳流体介质的蒸发腔15，该流体介质包括水、丙醇、丙酮、氟化物、氨液或乙醇中的至少一者。
其中，第一散热区111对应发热元件20设置可以是第一散热区111与发热元件20相贴合，或者第一散热区111通过连接介质与发热元件20连接，连接介质包括但不限于粘合剂，如，导热硅脂。回流件14为多个，多个回流件14间隔设置于蒸发腔15内，并连接底板11和顶板12，以支撑顶板12，并为流体介质从顶板12回流至底板11提供引流路径。
其中，第一散热区111靠近顶板12一侧至少设置有第一毛细结构层113，第二散热区112靠近顶板12一侧至少设置有第二毛细结构层114，第一毛细结构层113的毛细力大于第二毛细结构层114的毛细力，且流体介质在第二毛细结构层114内的流动阻力小于在第一毛细结构层113上的流动阻力，发热元件20包括但不限于IC芯片。
本申请实施例中流体介质还可以是其他可以发生相变的工作介质，只需该工作介质可以通过吸收热量和释放热量发生对应的物态变化。
本申请实施例中，底板11和侧板13可以是一体成型，如，通过冲压、模压、或者浇注等工艺一体成型。也可以是，底板11和侧板13分体成型再通过焊接固定连接，在此不做限定。
本实施方式中，通过在底板11的第一散热区111设置有第一毛细结构层113，在底板11的第二散热区112设置有第二毛细结构层114，基于毛细结构具有孔隙结构，孔隙结构会产生强大的毛细力，故而注入到蒸发腔15内部的流体介质全部都被吸附在这些孔隙结构中。当发热元件20开始工作时，发热元件20开始发热，并加热位于发热元件20上方的第一散热区111所覆盖的第一毛细结构层113的孔隙结构内的流体介质，使得流体介质的温度开始升高。
当温度升高超过流体介质自身的蒸发温度时，流体介质从液态变为汽态，因为汽态的流体介质不受结构的限制，故而流体介质可以充盈在整个蒸发腔15内。当发热元件20上方的第一散热区111所覆盖的第一毛细结构层113的孔隙结构内的流体介质减少后，因为毛细作用，底板11对应发热元件20以外的第二散热区112所覆盖的第二毛细结构层114的孔隙结构内的流体介质就会被牵引到与发热元件20对应处的第一散热区111内，新补充的流体介质就会继续吸收发热元件20的所产生的热量，继续升温和蒸发。
当蒸汽碰到均温板10的顶板12时，外部空气或者外部的散热结构可以将部分热量带走使得蒸汽温度就会迅速降低，当温度降低到流体介质的冷凝温度以下时，蒸汽即被冷凝为液态。并通过回流件14将液态流体介质回流到均温板10的底板11上，以此循环往复，不断将发热元件20的热量高效的传递并散发到空气中。
在一实施方式中，基于第一毛细结构层113的毛细力大于第二毛细结构层114的毛细力，使得位于底板11的第一散热区111对流体介质的吸引力大于第二散热区112对流体介质的吸引力，并且基于流体介质在第一毛细结构层113上的流动阻力大于在第二毛细结构层114上的流动阻力，使得流体介质更容易在第一散热区111上停留，并且冷凝后的流体介质更容易从第二散热区112流向第一散热区111，进而提升第一散热区111的热传导效率，实现均温板10对发热元件20的热量耗散。
均温板10的底板11、顶板12或侧板13中至少一者设置有与蒸发腔15连通的注液口，通过注液口可以对蒸发腔15进行抽真空，并将预设量的流体介质通过该注液口加注到该蒸发腔15内，并在流体介质加注完毕后，注液口被密封。其中，注液口密封的方式可以是通过密封件密封，也可以是通过电焊、冷焊或超声焊接等方式，在此不做限定。
如图1所示，在一些实施方式中，第一散热区111包括核心区1111和连接区1112，核心区1111对应发热元件20设置，如，核心区1111与发热元件20相贴合，或者核心区1111通过连接介质与发热元件20连接，连接区1112设置于核心区1111周侧，并连接第二散热区112。
其中，第一毛细结构层113至少部分覆盖核心区1111，且核心区1111与顶板12之间的间距为第一距离，第二散热区112与顶板12之间的间距为第二距离，第一距离大于第二距离。
在一些实施方式中，第一毛细结构层113和第二毛细结构层114均覆盖连接区1112，且当第一毛细结构层113和第二毛细结构层114均覆盖连接区1112时，第二毛细结构层114设置于连接区1112表面，第一毛细结构层113部分覆盖第二毛细结构层114，例如，第二毛细结构层114设置于连接区1112表面，第一毛细结构层113覆盖第二毛细结构层114靠近核心区1111的一侧10％-90％的区域。
基于流体介质在第一毛细结构层113上的流动阻力大于在第二毛细结构层114上的流动阻力，因此，在连接区1112覆盖有第二毛细结构层114有利于冷凝后的流体介质更容易从第二散热区112流向第一散热区111。
在一些实施方式中，第一毛细结构层113包括通过金属粉末和金刚石粉末中至少一者烧结形成的毛细结构，金属粉末包括但不限定于铜粉末、金粉末、银粉末中的至少一者。
第二毛细结构层114包括铜网结构层、沟槽结构层、导热纤维层、纳米纤维层中的至少一者，该第二毛细结构层114可以通过烧结、焊接、蚀刻等工艺覆盖于第二散热区112。
请参阅图2A至图2B，示例性地，当第二毛细结构层114为铜网结构层时，铜网结构中的铜丝可以呈多根铜丝阵列交错布设，如，多根铜丝正交阵列交错布设，如图2A所示，或
者，多根铜丝成夹角斜向阵列交错布设，如图2B所示。
在一实施方式中，铜网结构层的铜网可以是单层铜网，也可以为多层铜网不同角度叠加而成，在此不做限制。
请参阅图3A，示例性地，以第二毛细结构层114为沟槽结构层为例进行说明在第二散热区112靠近顶板12一侧的设置有沟槽结构，沟槽结构包括以第一散热区111为中心呈向外辐射状的第一沟槽及连接两个相邻第一沟槽的第二沟槽。通过第一沟槽和第二沟槽的连通设置，可以有效帮助冷凝液体向第一散热区111回流，其中，第一沟槽和第二沟槽的形状均可以为多边、弧形、圆形或异形结构中的任一者或者至少两者的组合，在此不做限定。
如图3B至图3E所示，第一沟槽和/或第二沟槽中任一者的形状为三角形、矩形、梯形或弧形。
请参阅图4，在一些实施方式中，核心区1111还覆盖有第三毛细结构层115，第三毛细结构层115设置于核心区1111的表面，第一毛细结构层设置于第三毛细结构层115靠近顶板12一侧；其中，流体介质在第三毛细结构层115内的流动阻力小于在第一毛细结构层113内的流动阻力。
在一实施方式中，第三毛细结构层115包括铜网结构层、导热纤维层、纳米纤维层、沟槽结构层中至少一者。
基于流体介质在第三毛细结构层115内的流动阻力小于在第一毛细结构层113内的流动阻力，因此，在核心区1111覆盖有第三毛细结构层115有利于冷凝后的流体介质更容易从第二散热区112流向第一散热区111。
请参阅图5，在一些实施方式中，第二散热区112和连接区1112还设置有第四毛细结构层116，且第四毛细结构层116设置于第二散热区112和连接区1112的表面，第二毛细结构层114设置于第四毛细结构层116的表面；其中，流体介质在第四毛细结构层116内的流动阻力小于在第二毛细结构层114内的流动阻力。
基于流体介质在第四毛细结构层116内的流动阻力小于在第二毛细结构层114内的流动阻力，因此，第二散热区112和连接区1112覆盖有第四毛细结构层116有利于冷凝后的流体介质更容易从第二散热区112流向第一散热区111。
在一实施方式中，第四毛细结构层116包括铜网结构层、导热纤维层、纳米纤维层、沟槽结构层中至少一者。
在一实施方式中，第四毛细结构层116为沟槽结构层，且第二毛细结构层114为铜网结构层。
如图1所示，在一些实施方式中，顶板12靠近底板11一侧设置有第五毛细结构层121，和/或，回流件14的表面设置有第六毛细结构层141。
在一实施方式中，流体介质在第五毛细结构层121和第六毛细结构层141内的流动阻力小于在第一毛细结构层113内的流动阻力。
例如，第五毛细结构层121包括铜网结构层、沟槽结构层、导热纤维层、纳米纤维层、粉末烧结形成的毛细结构中的至少一者。第六毛细结构层141包括铜网结构层、沟槽结构层、导热纤维层、纳米纤维层、粉末烧结形成的毛细结构中的至少一者。
示例性地，以顶板12和回流件14的表面均设置有毛细结构层为例进行说明。
基于，顶板12和回流件14的表面均设置有毛细结构层，当蒸汽碰到均温板10的顶板
12并被冷凝为液态时，并通过设置于底板11的毛细结构层通过毛细力将附着于顶板12和回流件14表面的液态流体介质回流拉回到均温板10的底板11上，即，在回流件14和顶板12的表面设置有毛细结构层，有利于冷凝后的流体介质回流至底板11。
在一些实施方式中，侧板13的内表面还设置有第七毛细结构层，第七毛细结构层包括铜网结构层、沟槽结构层、导热纤维层、纳米纤维层、粉末烧结形成的毛细结构中的至少一者。请参阅图6，本申请还提供一种散热器100，用于对发热元件20进行散热，该散热器100包括散热结构30和与散热结构30连接的均温板10，其中，均温板10的结构可以参阅前文任一实施方式，在此不做赘述。
在一实施方式中，散热结构30与均温板10的顶板12连接，用于对均温板10进行散热。例如，散热结构30设置有多个间隔设置的散热鳍片301，散热鳍片301间隔设置可以增大散热结构30与空气的接触面积，从而更利于均温板10的散热。
请参阅图7，本申请还提供一种电子设备200，所述电子设备200包括处理器201、存储器202及散热器100，处理器201和存储器202通过总线203连接，该总线比如为I2C(Inter-integrated Circuit)总线，散热器100用于对处理器201进行散热。
在一实施方式中，处理器201用于提供计算和控制能力，支撑整个电子设备200设备的运行。处理器201可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，该处理器201还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。其中，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
在一实施方式中，存储器202可以是Flash芯片、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)磁盘、光盘、U盘或移动硬盘等。
该电子设备200包括但不限定于基站、手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑、个人数字助理和穿戴式设备等。
应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述，仅为本申请的具体实施例，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
- 一种均温板，包括：底板，所述底板包括第一散热区和设置于所述第一散热区周侧的第二散热区，所述第一散热区对应发热元件设置；顶板，所述顶板与所述底板间隔设置；侧板，所述侧板围设于所述底板的第二散热区的周侧，并连接所述底板和所述顶板，且所述底板、所述顶板及所述侧板合围形成用于容纳流体介质的蒸发腔；回流件，所述回流件设置于所述蒸发腔内，并连接所述底板和所述顶板；其中，所述第一散热区靠近所述顶板一侧至少设置有第一毛细结构层，所述第二散热区靠近所述顶板一侧至少设置有第二毛细结构层，所述第一毛细结构层的毛细力大于所述第二毛细结构层的毛细力，且所述流体介质在所述第二毛细结构层内的流动阻力小于在所述第一毛细结构层内的流动阻力。
- 根据权利要求1所述的均温板，其中，所述第一散热区包括核心区和连接区，所述核心区对应所述发热元件设置，所述连接区设置于所述核心区周侧，并连接所述第二散热区；其中，所述第一毛细结构层至少部分覆盖所述核心区，且所述核心区与所述顶板之间的间距为第一距离，所述第二散热区与所述顶板之间的间距为第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。
- 根据权利要求2所述的均温板，其中，所述第一毛细结构层和所述第二毛细结构层均覆盖所述连接区，且当所述第一毛细结构层和所述第二毛细结构层均覆盖所述连接区时，所述第二毛细结构层设置于所述连接区表面，所述第一毛细结构层部分覆盖所述第二毛细结构层。
- 根据权利要求3所述的均温板，其中，所述核心区还覆盖有第三毛细结构层，所述第三毛细结构层设置于所述核心区的表面，所述第一毛细结构层设置于所述第三毛细结构层靠近所述顶板一侧；其中，所述流体介质在所述第三毛细结构层内的流动阻力小于在所述第一毛细结构层内的流动阻力。
- 根据权利要求4所述的均温板，其中，所述第一毛细结构层包括通过金属粉末和金刚石粉末中至少一者烧结形成的毛细结构；所述第二毛细结构层包括铜网结构层、沟槽结构层、导热纤维层、纳米纤维层中的至少一者；所述第三毛细结构层包括铜网结构层、沟槽结构层、导热纤维层、纳米纤维层中的至少一者。
- 根据权利要求3所述的均温板，其中，所述第二散热区和所述连接区还设置有第四毛细结构层，且所述第四毛细结构层设置于所述第二散热区和所述连接区的表面，所述第二毛细结构层设置于所述第四毛细结构层的表面；其中，所述流体介质在所述第四毛细结构层内的流动阻力小于在所述第二毛细结构层内的流动阻力。
- 根据权利要求1-6任一项所述的均温板，其中，所述顶板靠近所述底板一侧设置有第五毛细结构层；和/或，所述回流件的表面设置有第六毛细结构层。
- 根据权利要求1-6任一项所述的均温板，其中，所述流体介质包括水、丙醇、丙酮、 氟化物、氨液或乙醇中的至少一者。
- 一种散热器，所述散热器包括：散热结构及如权利要求1-8任一项所述的均温板，其中，所述散热结构与所述均温板连接。
- 一种电子设备，包括：如权利要求9所述的散热器。
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