CN100470776C - 吸热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种吸热器。该吸热器包括：第一热管，该第一热管为平板状；以及第二热管，该第二热管垂直地连接到所述第一热管上。所述第一热管具有沿其内表面设置的第一芯。所述第二热管具有沿其内表面设置的第二芯。所述第一芯和第二芯的、在所述第一热管和第二热管的连接部分中的每个端部都具有如同梳子齿那样以凹凸形式形成的梳齿部件，从而所述第一芯和第二芯通过相互配合的所述梳齿部件而连接。所述第二芯的所述梳齿部件横过所述第一热管的内部，并与相对侧上的所述第一芯接触。

Description

吸热器
技术领域
本发明涉及吸热器，更具体地，涉及一种具有适于冷却半导体装置等的热管的吸热器。
背景技术
近年来，作为一种用于对产生大量热的半导体装置进行冷却的冷却装置，吸热器采用具有极高热传导性能的热管。在传统的热管中，在吸热部件中由冷却介质吸收热量，所述冷却介质被密封在管或平板状容器中，并在吸热部件中蒸发。被蒸发的冷却介质运动至散热部件，并被冷却从而液化，这致使在吸热部件中被吸收的热散发。在散热部件中液化的冷却介质扩散到称为芯(wick)的网状或纤维状的构件中，并且根据毛细现象运动通过所述芯并返回到吸热部件，再次蒸发并运动到散热部件。
在许多情况下采用纯水作为装在热管中的冷却介质。为了降低蒸发温度并使工作温度较低，可将其中装有冷却介质的热管的内部设置为降低的压力。而且在许多情况下，由具有较高导热性的铜或铝来形成热管的容器。
在将热管布置为吸热器时，通常通过将散热片附在散热部件上来提高散热效率。为了进一步提高散热效率，可扩大散热部件。例如，可存在这样的结构，其中热管形成为平板状容器，而将散热片附在其中一个平整表面上。此外，存在这样的结构，其中通过将棒状热管弯曲成U形而将较长的热管容纳在较小的容积中。
还提出了通过使热管本身形成三维结构从而增加热管内的容积来实现较高的散热效率。为了增加热管内部的容积，考虑到使热管本身具有三维结构。
例如，提出了一种具有这样结构的吸热器，其中将杆状热管弯曲成通道形从而形成三维结构，而且将热管的相对端部***到形成散热片的基件中(例如，参见专利文献1)。此外，提出了一种具有这样结构的热管，其中，一个热管垂直地连接到另一热管上，而且使所述热管的内部彼此连通(例如，参见专利文献2和3)。
专利文献1：日本专利申请特开平6-13511号公报
专利文献2：日本专利申请特开平7-142652号公报
专利文献3：日本专利申请特开平7-263601号公报
在上述专利文献1中公开的吸热器中，通过使热管弯曲而形成三维结构。然而，因为芯附在热管的内表面上，从而在弯曲热管时芯可能被切断。如果芯被切断，则会阻断冷却介质的流动，这导致冷却效率降低。此外，与杆状热管不同，还难于弯曲平板状热管。
尽管专利文献2和3中公开的吸热器具有与多个平板状热管垂直连接的平板状热管，但是没有描述芯的结构。例如，假设两个平板状热管1A和1B如图1所示相互连接。在此情况下，需要将附在内表面上的芯2A和2B彼此相连。然而，如果芯2A和2B在热管的连接部分处相连，则到热接收部件(即，与发热构件3接触的冷却部件)的液体输运路径的长度变得较长。这样，由于冷却介质通过变为液体而沿芯返回热接收部件，从而存在热输运效率降低的问题。在图1中，冷却介质的流动由箭头所示。此外，如果芯在连接部分处没有良好地连接，而且在热接收部件位于上方或侧方的顶热件(top heat)(即，其中发热构件附在热管的上部或侧部的布置)中，则在芯的切断部分处会阻断液体冷却介质的流动，从而导致冷却介质不能输运到热接收部件的问题。
如上所述，尽管提出了三维连接热管的建议，但这些连接结构没有考虑到内部冷却介质的流动。根本没有对多个热管中的芯的连接方法加以考虑。
发明内容
本发明的总体目的在于提供一种解决了上述问题的新颖且有用的吸热器。
本发明更加具体的目的在于提供这样一种吸热器，其中，即使通过连接多个热管来形成三维结构，也能确保芯的连接，从而即使所述芯是顶热件也能保持较高的冷却性能。
为了实现上述目的，根据本发明提供了一种吸热器，该吸热器包括：第一热管，该第一热管为平板状；以及第二热管，该第二热管垂直地连接到所述第一热管上，其中所述第一热管具有沿其内表面设置的第一芯，所述第二热管具有沿其内表面设置的第二芯，所述第一芯和第二芯的、在所述第一热管和第二热管的连接部分中的每个端部都具有如同梳子齿那样以凹凸形式形成的梳齿部件，从而所述第一芯和第二芯通过相互配合的所述梳齿部件而连接，而且所述第二芯的所述梳齿部件横过(traverse)所述第一热管的内部，并与相对侧上的所述第一芯接触。
在根据本发明的吸热器中，所述第一热管可设有热接收部件。所述第一芯和第二芯可由多孔烧结片形成。所述第二热管可包括两个垂直连接到所述第一热管上的彼此平行的热管，而且在所述第一热管的连接所述第二热管的一侧的相对侧上可设置有热接收部件。此外，所述第二热管的所述两个热管可连接到所述第一热管的同一表面上，而且可以在所述第二热管的所述两个热管之间与所述第一热管的所述表面平行地设置有散热片。所述吸热器还可包括垂直于所述第一热管的所述表面设置的散热片。在根据本发明的吸热器中，所述第二热管的所述两个热管可分别连接到所述第一热管的所述同一表面的相对端部上，而且可以在所述第二热管的所述两个热管之间与所述第一热管的所述表面平行地设置有散热片。
此外，根据本发明的吸热器还可包括垂直地连接到所述第二热管上的第三热管，其中所述第三热管可以具有沿其内表面设置的第三芯，所述第二芯和第三芯的、在所述第二热管和第三热管的连接部分中的每个端部都可具有如同梳子齿那样以凹凸形式形成的梳齿部件，从而所述第二芯和第三芯通过相互配合的所述梳齿部件而连接，而且所述第二芯的所述梳齿部件可以横过所述第三热管的内部，并与相对侧上的所述第三芯接触。所述第一热管和所述第三热管可以以彼此面对且平行的方式连接到所述第二热管的相对端部，而且在所述第三热管和所述第一热管之间可平行于所述第二热管设置有散热片。所述第一热管和第三热管中的一个可设置有热接收部件。
根据本发明，可确保附在具有三维结构的热管的内表面上的芯能彼此连接，从而液体冷却介质可通过所述芯输运到热接收部件。因此，即使应用顶热件，也可确保液体冷却介质输运到热接收部件，从而能提高冷却性能。此外，因为所述梳齿部件延伸并且在所述芯的端部上的连接部分中与相对侧的芯接触，从而可缩短所述芯的液体输运路径。因此，可提高热管的热输运效率，从而形成具有冷却性能较高的三维结构的吸热器。
本发明的其它目的、特征和优点将从本发明的范围中更加显而易见。
附图说明
图1为根据传统连接结构连接的热管的截面图；
图2为根据本发明实施例的热管的截面图；
图3A为图2所示的热管的一部分的平面图；
图3B为沿图3A的线III—III剖取的截面图；
图4A为图2所示的热管的一部分的水平截面图；
图4B为沿图4A的线IV—IV剖取的截面图；
图5为芯的连接部分的截面图；
图6A为根据第一实施例的吸热器的平面图；
图6B为图6A所示的吸热器的截面图；
图7为根据第二实施例的吸热器的截面图；
图8为根据第三实施例的吸热器的截面图；以及
图9为根据第四实施例的吸热器的截面图。
具体实施方式
现在将参考附图给出对本发明实施例的描述。
图2为根据本发明实施例的具有三维结构的热管的截面图。在图2中，热管11A为板状热管，热管11B和11C垂直地附在热管11A上。热管11B和11C可为板状或杆状。热管11B和11C的其中填充有冷却介质(工作流体)的内部空间与热管11A的内部空间连通，热管11A的内部空间中也填充有冷却介质(工作流体)。
芯12A、12B和12C分别施加在热管11A、11B和11C的整个内表面上。芯12A、12B和12C为网状或纤维状的构件，或者为由具有良好导热性的材料形成的多孔片状件，并且构造成能根据毛细现象输运液化的冷却介质。
发热元件3附在热管11A上，而且发热元件3附在其上的部分用作热接收部件。扩散到热接收部件的芯12A中的液化冷却介质吸收热并蒸发，从而变为气体。一部分蒸发的冷却介质沿向着热管11A的相对端部的方向运动，而且一部分蒸发的冷却介质向着热管11B和11C的内部运动。热管11A的相对端部以及热管11B和11C一起用作散热部件。即，已经运动到热管11A的相对端侧以及热管11B和11C的内部的呈气态的冷却介质通过与芯12A、12B和12C的接触而冷却和液化。液体冷却介质在其液化时扩散到芯12A、12B和12C中，并通过根据毛细现象运动穿过芯而返回到热管11A的热接收部件。在冷却介质的上述循环中，在热管11A、11B和11C的内部中产生压力，而且冷却介质在热接收部件和散热部件之间有效循环，从而传导热。
这里，除非芯12A连接到芯12B和12C上，否则在芯12B和12C内运动的液体冷却介质不能运动到芯12A，从而冷却介质不能有效循环。而且，扩散到图2中的芯12B上部的液体冷却介质通过穿过热管11A的上端部(芯12A)而运动到热接收部件，这导致液体冷却介质的输运路径较长。
这样，在本实施例中，通过向芯12A与芯12B和12C之间的连接结构提供专门的结构，从而将具有三维结构的热管构造成使得芯12A良好地连接到芯12B和12C上，并缩短了芯12B和12C中的每一个距热接收部件的距离。
现在将参照图3至图5给出对芯的连接结构的描述。图3A为热管11A在附有热管11B和11C之前的平面图。图3B为沿图3A的线III—III剖取的截面图。图4A为热管11B在附在热管11A上之前的水平截面图。图4B为沿图4A的线IV—IV剖取的截面图。图5为表示芯12A和芯12B之间的连接部分的截面图。应指出，芯12A和芯12C之间的连接部分具有与芯12A和芯12B之间的连接部分相同的结构，从而将只说明芯12A和芯12B之间的连接部分。
如图3所示，热管11A在连接热管11B的部分中具有开口13。热管11B在被***到开口13中的状态下固定到热管11A上。在芯12A中形成的梳齿部件的多个梳齿部分12A1在开口13中突出。
如图4所示，热管11B的芯12B在连接至热管11A的一侧上具有梳齿部件的多个梳齿部分12B1。每个梳齿部分12B1形成为可***到热管11A的芯12A的相邻梳齿部分12A1之间间隙中的形状。即，梳齿部分12A1和梳齿部分12B1构造并布置成相互配合，如图5所示。此外，在热管11B附在热管11A上的状态下，梳齿部分12B1延伸穿过热管11A的内部空间，如图5所示。梳齿部分12B1形成为具有这样的长度，即，使其端部与热管11A的芯12A接触。
如上所述，因为芯12A和芯12B通过相互进入的梳齿部分12A1和梳齿部分12B1而连接，从而能确保芯12A和芯12B相互接触。为此，确保了芯12A和芯12B相互连接，从而在芯12A和芯12B之间不会切断液体冷却介质根据毛细现象的流动。因此，确保了液体冷却介质能从芯12B运动到芯12A。
而且，在相邻的梳齿部分12B1之间形成间隙，并且气态的冷却介质能***通过该间隙。因此，即使在其中芯12B延伸穿过热管11A的内部空间从而与芯12A接触的结构中，热管11A的内部空间也不会被芯12B阻断，这得到了气态的冷却介质的足够的流动路径。
根据芯的上述连接结构，如图2中的箭头所示，冷却介质的循环路径可形成为较短的路径，从而提高了热输运效率。
应指出的是，热管11C的芯12C也具有梳齿部分12C1，而且芯12C通过与芯12B相同的连接结构而连接到芯12A上。
现在将给出对具有三维结构热管的吸热器的描述，在该三维结构中，芯通过上述连接结构而连接。
图6A为根据第一实施例的吸热器的平面图。图6B为图6A所示的吸热器的截面图。图6A和图6B所示的吸热器具有其中板状热管21B和21C垂直连接到板状热管21A上的三维结构。多个散热片23平行于热管21A被附着，从而桥接在热管21B和21C之间。热管21A中的芯22A以及热管21B和21C中的芯22B和22C根据参考图2至图5说明的连接结构而连接。在本实施例中，热管21A的用作热接收部件的中间部分接合到作为发热构件的半导体装置24上，从而吸热器20用作用于冷却半导体装置24的冷却装置。
图7为根据第二实施例的吸热器的截面图。图7所示的吸热器具有其中热管31B和31C连接到热管31A的相对端部上的三维结构。多个散热片33平行于热管31A被附着，从而桥接在热管31B和31C之间。热管31A中的芯32A以及热管31B和31C中的芯32B和32C的内侧部分根据参照图2至图5说明的连接结构而连接。在本实施例中，热管31A的用作热接收部件的中间部分接合到作为发热构件的半导体装置24上，从而吸热器30用作用于冷却半导体装置24的冷却装置。
图8为根据第三实施例的吸热器的截面图。图8所示的吸热器40具有与图6A和图6B所示的吸热器20相同的结构，只不过散热片44垂直地附在热管41A上。即，图8所示的吸热器具有其中热管41B和41C连接到热管41A的相对端部上的三维结构。多个散热片43平行于热管41A被附着，从而桥接在热管41B和41C之间。热管41A中的芯42A以及热管41B和41C中的芯42B和42C根据参照图2至图5说明的连接结构而连接。在本实施例中，热管41A的用作热接收部件的中间部分接合到作为发热构件的半导体装置24上，从而吸热器40用作用于冷却半导体装置24的冷却装置。
图9为根据第四实施例的吸热器的截面图。图9所示的吸热器50具有这样的三维结构，其中，板状热管51B垂直连接到板状热管51A的一端，而板状热管51C垂直连接到热管51B的一端。多个散热片53平行于热管51B被附着，从而桥接在热管51A和51C之间。热管51B中的芯52B以及热管51A和51C的芯52A和52C根据参照图2至图5说明的连接结构而连接。在本实施例中，热管51A的用作热接收部件的中间部分接合到作为发热构件的半导体装置24上，从而吸热器50用作用于冷却半导体装置24的冷却装置。热管51C的中间部分可形成为热接收部件，并且热管51C可接合到半导体装置24上。
本发明不限于具体公开的实施例，在不偏离本发明范围的情况下，可进行变型和修改。
本申请基于2006年5月25日提交的日本在先申请No.2006-145669，这里通过引用将其全部内容结合于此。

Claims (10)

1、一种吸热器，该吸热器包括：
第一热管，该第一热管为平板状；以及
第二热管，该第二热管垂直地连接到所述第一热管上，
其中所述第一热管具有沿其内表面设置的第一芯，
所述第二热管具有沿其内表面设置的第二芯，
所述第一芯和第二芯的、在所述第一热管和第二热管的连接部分中的每个端部都具有如同梳子齿那样以凹凸形式形成的梳齿部件，从而所述第一芯和第二芯通过相互配合的所述梳齿部件而连接，而且
所述第二芯的所述梳齿部件横过所述第一热管的内部，并与相对侧上的所述第一芯接触。
2、根据权利要求1所述的吸热器，其特征在于，所述第一热管设有热接收部件。
3、根据权利要求1所述的吸热器，其特征在于，所述第一芯和第二芯由多孔烧结片形成。
4、根据权利要求1所述的吸热器，其特征在于，所述第二热管包括两个垂直连接到所述第一热管上的彼此平行的热管，而且在所述第一热管的连接所述第二热管的一侧的相对侧上设置有热接收部件。
5、根据权利要求4所述的吸热器，其特征在于，所述第二热管的所述两个热管连接到所述第一热管的同一表面上，而且在所述第二热管的所述两个热管之间与所述第一热管的所述表面平行地设置有散热片。
6、根据权利要求5所述的吸热器，其特征在于，所述吸热器还包括垂直于所述第一热管的所述表面设置的散热片。
7、根据权利要求4所述的吸热器，其特征在于，所述第二热管的所述两个热管分别连接到所述第一热管的同一表面的相对端部上，而且在所述第二热管的所述两个热管之间与所述第一热管的所述表面平行地设置有散热片。
8、根据权利要求1所述的吸热器，其特征在于，所述吸热器还包括垂直地连接到所述第二热管上的第三热管，
其中所述第三热管具有沿其内表面设置的第三芯，
所述第二芯和第三芯的、在所述第二热管和第三热管的连接部分中的每个端部都具有如同梳子齿那样以凹凸形式形成的梳齿部件，从而所述第二芯和第三芯通过相互配合的所述梳齿部件而连接，而且
所述第二芯的所述梳齿部件横过所述第三热管的内部，并与相对侧上的所述第三芯接触。
9、根据权利要求8所述的吸热器，其特征在于，所述第一热管和所述第三热管以彼此面对且平行的方式连接到所述第二热管的相对端部，而且在所述第三热管和所述第一热管之间平行于所述第二热管设置有散热片。
10、根据权利要求9所述的吸热器，其特征在于，所述第一热管和第三热管中的一个设置有热接收部件。
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