CN104850197A - 带有复合底板的重力热管式芯片散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有复合底板的重力热管式芯片散热器，其结构是：散热器底板的中心区域设有CPU散热板，该散热板与散热器底板焊接为一体。散热器底板的上部设有层叠翅片，数根直立的U形热管穿过层叠翅片，热管的底端镶嵌浸焊于CPU散热板内，热管的顶端穿出层叠翅片。将U形热管的底端作为蒸发段，因为该热管是直立放置，工质在冷凝段凝结后利用自身的重力回流至蒸发段，以此构成循环。将多个U形热管的底端与CPU散热板浸焊熔接于一体，所以相对扩大了蒸发段的面积，因而具有很高的导热效率。该散热器与其他散热器相比，不仅可使散热器自身温度降低，而且散热底板的均温效果更好，可以更有效地降低大型计算机服务器内芯片的工作温度。

Description

带有复合底板的重力热管式芯片散热器

技术领域

本发明属于热能工程领域，具体涉及一种具有高效传热效应的热管式散热器装置。

背景技术

高性能计算机的CPU芯片可以作为高热流密度发热器件的典型代表，一台大型服务器通常具有几十枚甚至数百枚多核式CPU芯片，在强劲性能的背后，伴随着更高的发热量和热流密度。增加芯片的散热面积并不能等比例地达到强化换热的效果，但是利用热管所具有极强的导热特点，在散热面积不变的情况下可有效提高芯片的散热效果。目前热管用于大功率CPU冷却的散热方式是：在散热器底板以镶嵌的方式埋有不同排布方式的热管，散热器底板的上表面镶有翅片(如图1)。热管的主要作用并非是直接散热，而是利用与CPU接触的那部分热管(蒸发段)，将CPU芯片所产生热量以导热的方式扩展至整个底板，热量最终是通过翅片以风冷的形式带走。但是由于这类散热器所存在的缺陷是：热管是平放于底板内的，根据热管传热的基本原理可知：热管的受热部分是蒸发段；末端为冷凝段；蒸发段与冷凝段之间的部分属于绝热段。由于整根热管都镶嵌于散热器的底板内，即蒸发段和冷凝段都位于较热的底板中(蒸发段仅限于与CPU接触的那部分)。由于蒸发段与冷凝段之间的温度差较小，所以热管的效能受到很大的制约或影响。又因为大型计算机服务器内的空间非常窄小，即使增加热管的换热面积也不能明显提高其散热效率。在此情况下如何提高热管式散热器的性能，就成为国内外研究高热流密度器件冷却问题的热点。

发明内容

为了解决上述热管式散热器的技术缺陷，本发明的目的是提出一种能够强化散热的带有复合底板的重力热管式芯片散热器。

为实现本发明的目的而提出的技术结构是：散热器底板的中心区域设有CPU散热板，CPU散热板与散热器底板焊接为一体。散热器底板的上部设有层叠翅片，数根直立的U形热管穿过层叠翅片，U形热管的底端镶嵌浸焊于CPU散热板内，热管的顶端穿出层叠翅片。

散热器的底面由纯铜材质的CPU散热板和铝材质的散热器底板两部分组成，其原因在于，纯铜的导热系数大约比铸铝高1.5倍，但铸铝的质量要比纯铜轻得多。在大型计算机服务器中，要尽量减轻设备部件的重量，但同时考虑到必须提高CPU散热板的导热能力。所以该散热器除了U形热管以及CPU散热板采用纯铜外，其余全部是铝材。

本发明的工作原理是：U形热管的底端作为蒸发段，热管内部的工质吸收CPU的热量而产生相变，因为该热管是直立放置，工质在冷凝段凝结后利用自身的重力回流至蒸发段，以此构成循环。在这里热管作为CPU热量散失的媒介，其作用是利用(热管内)工质相变将热量传出，最终的热量是通过(与热管相嵌为一体的)层叠翅片与冷风换热而散掉。因为重力式热管的导热效率远高于平放式热管，所以该结构具有较高的散热效率。

本发明的特点以及产生的有益效果是，由于将多个U形热管的底端与CPU散热板浸焊于一体，所以相对扩大了热管蒸发段的面积，以此热管内的工质能够“转移”出更多的热量，因而具有很高的导热效率。U形热管与层叠翅片装配在一起，不仅提高了散热器底板的热扩散能力，更重要的是提高了热管和翅片的散热效率，使得换热明显增强。该种散热器与其他(热管平放于散热器底板的)散热器相比，不仅可以使散热器自身温度降低，而且散热底板的均温效果更好，可以更有效地降低大型计算机服务器内部高热流密度器件的工作温度。

附图说明

图1是本发明的原理与结构立体简图。

图2是本发明中位于CPU散热板上部的热管设置结构立体简图。

图3是本发明中散热器底板与CPU散热板焊接为一体的结构原理图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的原理与结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明的保护范围。

带有复合底板的重力热管式芯片散热器具有散热器底板、U形热管以及层叠翅片，其具体结构是：散热器底板1的中心区域设有CPU散热板2，CPU散热板与散热器底板焊接为一体(如图2)。散热器底板的上部设有层叠翅片3，数根直立的U形热管4穿过层叠翅片(如图1图3)。U形热管的底端镶嵌浸焊于CPU散热板内，热管的顶端穿出层叠翅片。散热器底板上部的层叠翅片为一个整体，层叠翅片与散热器底板固定为一体，层叠翅片的四边留有半圆形装配空间3-1。散热器底板设有4个螺栓孔1-1。

CPU散热板上部每个U形热管的根部均设有加强筋翅片4-1(图3)；U形热管的直径为6-8mm。为了减小隔热热阻，U形热管与加强筋翅片之间的间隙、以及U形热管与层叠翅片之间的间隙用浸锡封堵。散热器底板的材质是铝材；CPU散热板的材质是纯铜材质。

该U形热管的底端是一段相对水平的直管，并且三根热管中位于中间那一根的水平段相对更长。因此该热管可以很好镶嵌至CPU散热板内，为了减小接触热阻，采用成形轧制和浸锡的方法，使热管与CPU散热板固定为一体。

U形热管的结构是一个密封的空腔圆柱体，空腔的内壁加工为多孔表面，使循环工质产生毛细力。U形热管分为蒸发、绝热和冷凝三个工作段。对于本装置来说，将三根热管的底端(一段相对水平的直管)作为蒸发段。由于CPU散热板将这三根热管的蒸发段组合熔接为一体，所以CPU散发的高热流(温度)，通过管壁使腔内的工质蒸发气化。蒸汽通过传输段(绝热段)流向冷凝段放热凝结成液体，液体再靠重力沿多孔表面以及毛细作用流回蒸发段。如此反复循环，不断地将CPU的热量从蒸发段传输至冷凝段。因为热管是靠工质的相变来吸收、释放汽化潜热，所以其传热能力超强。

作为实施例，本装置设有3根U形热管，热管的直径为6mm。热管的顶端穿出层叠翅片5mm。散热器的底板面积为65×105mm；其中CPU散热板的面积为50×50mm。U形热管内的液体工质是水。

使用时将CPU芯片(高热流密度器件的代表)与散热器底板中部区域的CPU散热板紧密贴合，CPU芯片与CPU散热板之间设有高导热率的热结合层材料，利用散热器四边的螺栓孔与服务器主板紧固。

Claims (6)

1.带有复合底板的重力热管式芯片散热器，具有散热器底板、U形热管以及层叠翅片，其特征是：散热器底板(1)的中心区域设有CPU散热板(2)，CPU散热板与散热器底板焊接为一体，散热器底板的上部设有层叠翅片(3)，数根直立的U形热管(4)穿过层叠翅片，U形热管的底端镶嵌浸焊于CPU散热板内，热管的顶端穿出层叠翅片。

2.按照权利要求1所述的带有复合底板的重力热管式芯片散热器，其特征是：所述散热器底板上部的层叠翅片为一个整体，层叠翅片与散热器底板固定为一体，层叠翅片的四边留有半圆形装配空间(3-1)。

3.按照权利要求1所述的带有复合底板的重力热管式芯片散热器，其特征是：所述CPU散热板上部每个U形热管的根部均设有加强筋翅片(4-1)；U形热管的直径为6-8mm。

4.按照权利要求1所述的带有复合底板的重力热管式芯片散热器，其特征是：所述散热器底板设有4个螺栓孔(1-1)。

5.按照权利要求1所述的带有复合底板的重力热管式芯片散热器，其特征是：所述散热器底板的材质是铝材；所述CPU散热板的材质是纯铜材质。

6.按照权利要求1所述的带有复合底板的重力热管式芯片散热器，其特征是：所述U形热管与加强筋翅片之间的间隙、以及U形热管与层叠翅片之间的间隙用浸锡封堵。