CN107401941B - 一种超薄均热板结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超薄均热板结构，包括：依次设置的上壳板、至少一层吸液芯及下壳板，上壳板的下表面与位于最上层的吸液芯的上表面固接，最底层吸液芯的底面与下壳板的上表面固接，以位于下壳板或者上壳板的热源的中心为中心，在其中一层吸液芯上呈环形阵列设置若干个由中心向外发散的逐渐增宽的槽道，以热源的中心为中心设置向外发散的渐宽的槽道作用在于提供工质蒸汽的扩散通道，工质蒸发后沿各槽道四面扩散，将热源中心设置为发散的槽道中心的目的是使蒸发的工质携带热源的热量扩散到整个均热板，且能够使冷凝后的工质通过吸液芯的毛细力作用回流至热源位置不断循环，超薄均热板利用相变传热原理可有效解决狭小空间高热流密度电子元件的散热问题。

Description

一种超薄均热板结构

技术领域

本发明涉及传热装置技术领域，特别是涉及一种超薄均热板结构。

背景技术

随着电子产品集成度的提高，电子芯片封装空间越来越小，导致微电子领域芯片散热面积减少，热流密度增加。电子元器件的可靠性随温度的上升急剧下降，高热流密度产生的热点严重影响其性能及寿命。传统带翅片的铝、铜散热器已无法满足高热流密度器件的散热要求。

现有的均热板通常采用柱体规则排布于上下壳板之间起支撑作用，蒸汽通道位于吸液芯上方。中国专利CN102706193 B中公开了一种辐射状渐宽状翅结构沟槽平板热管，其在紫铜棒上先加工出中间低、外缘高的内锥形结构斜面并在中心处加工圆形平底，再采用犁削方式加工出辐射状的V形沟槽和U形沟槽翅结构。中国专利CN105307452 A中公开了一种以超薄泡沫铜为吸液芯的均热板，其将泡沫铜冲切为花瓣形、米字形结构。

现有技术存在的问题是：

1、常规柱体支撑结构的均热板，若柱体与壳板一体加工成形时，由于超薄均热板的整体厚度在1mm以下，要求上、下壳体厚度在0.03-0.3mm之间，一体加工的难度非常大，成本昂贵；若柱体与壳板各为独立结构，则需要对柱体进行规则排布，由于上、下壳体厚度很薄，支撑柱体之间的间距要求比较近，当均热板面积稍微大点时，需要排布圆柱的数量将非常多，且由于独立蒸汽空腔位于吸液芯之上，将占用一定厚度空间，为减少均热板厚度必须减少吸液芯的厚度或蒸汽腔体的厚度，这都将严重影响均热板性能。

2、中国专利CN102706193 B公开的辐射状渐宽状翅结构沟槽平板热管，其基底厚度1-1.5mm，圆形凸台高度为2.5-3.5mm，在圆形凸台的顶面加工出中间低，外缘高的内锥形结构斜面，中部设置一圈支撑环进行支撑，采用犁削方式加工出辐射状的V形沟槽和U形沟槽翅结构。由于超薄均热板的整体厚度在1mm以下，上述犁削方式不适合如此薄壳板的加工，对于上、下壳板厚度在0.03-0.3mm的情况下，仅在中间位置加支撑环进行支撑会由于支撑点间的距离过大而导致内部抽真空的平板热管发生凹陷，且辐射状的渐宽状翅结构沟槽的毛细力较小，不利于冷凝工质的回流。另外，当平板热管面积较大时，单纯的辐射状渐宽结构在末端处两支撑点的间距过大，亦容易造成平板热管发生凹陷。

3.中国专利CN105307452 A中公开的超薄均热板，将泡沫铜吸液芯冲切为花瓣形、米字形结构。专利未对冲切形状进行详细描述，存在的问题是：若米字形、花瓣形结构槽宽较大，当其上下壳板很薄时，宽槽无法较好的支撑上下壳板，在抽真空后壳板容易出现凹陷，而在高温工作时内部工质蒸发容易造成壳板凸起；若米字形、花瓣形结构的槽宽较窄，当均热板面积较大时，离中心点较远位置的吸液芯宽度占比会远大于槽宽，这将造成均热板离中心点较远位置的均温性不良。

总的来说上述现有技术存在以下问题：随着便携式电子产品的尺寸越来越小，要求均热板的厚度低于1mm，甚至低于0.4mm。现有均热板结构存在支撑容易出现凹陷，制作过程繁杂，很难制作至0.4mm厚度以下及因毛细力不足而造成均热板性能不佳的缺点。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种超薄均热板结构，有效解决狭小空间高热流密度电子元件的散热问题，该结构尤其适用于制作1mm厚度以下的超薄均热板。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种超薄均热板，包括：依次设置的上壳板、至少一层吸液芯及下壳板，上壳板的下表面与位于最上层的吸液芯的上表面固接，最底层吸液芯的底面与下壳板的上表面固接，以位于下壳板或者上壳板的热源的中心为中心，在其中一层吸液芯上呈环形阵列设置若干个由中心向外发散的逐渐增宽的槽道，槽道深度与所有吸液芯总厚之间的比例大于1：2，相邻两槽道中心线之间的夹角为7.5°～30°。

其中，以中心为圆心，相邻槽道之间为吸液芯边条，处于同圆周上的槽道的总宽度与总吸液芯边条的宽度比例为小于等于2:1，以中心为圆心，同圆周上的槽道的宽度与相邻的吸液芯边条的宽度比例为小于等于1:3之处设有分支槽道，槽道的最大宽度为≤3mm。

其中，吸液芯设置为一层，设有分支槽道的吸液芯的槽道深度与吸液芯厚度之间的比例小于1。

其中，吸液芯设置为两层，设有槽道的吸液芯远离热源设置。

其中，吸液芯设置为多层，设有槽道的吸液芯设置在中间位置。

其中，以中心为圆心，处于同圆周上的槽道的总宽度与总吸液芯边条的宽度比例为小于等于2:1，以中心为圆心，同圆周上的槽道的宽度与相邻的吸液芯边条的宽度比例为大于1:3，槽道的最大宽度为≤3mm。

其中，吸液芯设置为一层，槽道深度与吸液芯厚度之间的比例等于1。

其中，槽道设置有一注液口，设置有注液口的槽道延伸到吸液芯的边缘位置，保证液体可以顺利注入，其余的槽道末端距离吸液芯外缘的宽度为0.2mm～0.5mm，以避免因无毛细力作用而使冷凝工质聚集在槽道末端。

其中，吸液芯的材料为一体的泡沫金属、单层或多层编织丝网、烧结金属粉末或纤维中的任意一种。总的说来，本发明具有如下优点：

一种超薄均热板，包括：依次设置的上壳板、至少一层吸液芯及下壳板，上壳板的下表面与位于最上层的吸液芯的上表面固接，最底层吸液芯的底面与下壳板的上表面固接，以位于下壳板或者上壳板的热源的中心为中心，在其中一层吸液芯上呈环形阵列设置若干个由中心向外发散的逐渐增宽的槽道，槽道深度与所有吸液芯总厚之间的比例大于1：2，相邻两槽道中心线之间的夹角为7.5°～30°，以热源的中心为中心设置向外发散的渐宽的槽道作用在于提供工质蒸汽的扩散通道，工质蒸发后沿各槽道四面扩散，将热源中心设置为发散的槽道中心的目的是使蒸发的工质携带热源的热量扩散到整个均热板，且能够使冷凝工质能通过吸液芯的毛细力作用回流至热源位置。同时，中间层的吸液芯起大面积、小间距支撑上下壳板的作用，克服常规均热板支撑结构制造过程繁杂且壳板容易凹陷的问题，超薄均热板利用相变传热原理可有效解决狭小空间高热流密度电子元件的散热问题。

附图说明

图1为本发明一种超薄均热板结构的立体分解结构示意图。

图2为本发明一种超薄均热板结构的另外一种实施例的立体分解结构示意图。

图3为本发明一种超薄均热板结构的吸液芯的结构示意图。

图4为本发明一种超薄均热板结构的吸液芯的另外一种实施例的结构示意图。

图5为本发明一种超薄均热板结构的组装结构示意图。

图6为图5中A-A处的截面结构示意图。

图7为本发明一种超薄均热板结构的另外一种实施例的组装结构示意图。

图8为图7中B-B处的截面结构示意图。

图9为本发明一种超薄均热板结构的另外一种实施例的立体分解结构示意图。

其中图1至图9中包括有：

1-上壳板、2-吸液芯、3-常规吸液芯、4-下壳板、5-热源、6-槽道吸液芯、7-吸液芯边条、

11-上壳板注液口、21-吸液芯注液口、22-槽道、23-分支槽道。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

实施例1、

如图1、图3、图5、图6所示，一种超薄均热板，包括：依次设置的上壳板1、一层吸液芯2及下壳板4，上壳板1的下表面与位于最上层的吸液芯2的上表面固接，最底层吸液芯2的底面与下壳板4的上表面固接，以位于下壳板4或者上壳板1的热源5的中心为中心，在吸液芯2上呈环形阵列设置若干个由中心向外发散的逐渐增宽的槽道22，相邻槽道22之间为吸液芯边条7，该层吸液芯2称为槽道吸液芯6，槽道22深度与所有吸液芯2总厚之间的比例大于1：2，相邻两槽道22中心线之间的夹角为7.5°～30°。以中心为圆心，处于同圆周上的槽道22的总宽度与总吸液芯边条7的宽度比例为小于等于2:1，以中心为圆心，同圆周上的槽道22的宽度与相邻的吸液芯边条7的宽度比例为大于1:3，槽道22的最大宽度为≤3mm。槽道22深度与吸液芯2厚度之间的比例等于1。槽道22设置有一注液口，设置有注液口的槽道22延伸到吸液芯2的边缘位置，保证液体可以顺利注入，其余的槽道22末端距离吸液芯2外缘的宽度为0.2mm～0.5mm，以避免无毛细力作用而使冷凝工质聚集在槽道22末端。吸液芯2的材料为一体的泡沫金属、单层或多层编织丝网、烧结金属粉末或纤维中的任意一种。总的说来，本发明具有如下优点：

一种超薄均热板，包括：依次设置的上壳板1、至少一层吸液芯2及下壳板4，上壳板1的下表面与位于最上层的吸液芯2的上表面固接，最底层吸液芯2的底面与下壳板4的上表面固接，以位于下壳板4或者上壳板1的热源5的中心为中心，在其中一层吸液芯2上呈环形阵列设置若干个由中心向外发散的逐渐增宽的槽道22，槽道22深度与所有吸液芯2总厚之间的比例大于1：2，相邻两槽道22中心线之间的夹角为7.5°～30°，以热源5的中心为中心设置向外发散的渐宽的槽道22作用在于提供工质蒸汽的扩散通道，工质蒸发后沿各槽道22四面扩散，将热源5中心设置为发散的槽道22中心的目的是使蒸发的工质携带热源5的热量扩散到整个均热板，且能够使冷凝工质能通过吸液芯2的毛细力作用回流至热源5位置，超薄均热板利用相变传热原理可有效解决狭小空间高热流密度电子元件的散热问题。

热源5置于均热板下壳板4的底部中心位置，也是槽道吸液芯6的发散中心位置，上壳板1和下壳板4分别与发散渐宽状槽道吸液芯6的上表面和下表面固接。这样，发散渐宽状的槽道吸液芯6的槽道22作为工质的蒸汽通道，其余部分起工质回流及支撑上、下壳板4的作用，均热板上壳板注液口11和吸液芯注液口21位于同一朝向，以保证工质能顺利注入腔体内部。将均热板四周焊接，注入工质，抽真空后密封，完成均热板的制作。当均热板整体厚度低于0.3mm时，优选使用该结构以保证具有足够空间的蒸汽通道。

由于超薄均热板的上、下壳板4厚度范围为0.03-0.3mm范围内，且均热板内部抽真空，若最大槽宽超过3mm，壳板容易因支撑间距较大而产生塌陷。当均热板面积较大时，主槽道22末端之间的间距较大，该情况下增加多级分支槽道23可提高均热板的整体均温性，此种情况下槽道吸液芯6槽道22不全贯穿，以防止工质在回流热源5的过程中集结在多级槽道22的分叉处而无法完成回流，从而影响均热板的传热性能。

所述发散渐宽状槽道吸液芯6的原材料为一体的泡沫金属、单层或多层编织丝网、烧结金属粉末或纤维，再后续加工出槽道22结构。为解决现有均热板的制造过程较为繁琐的问题，先单独加工好整块的发散渐宽状槽道吸液芯6，然后再与上、下壳板4装配成一体，焊接壳板周边进行密封，注液抽真空完成超薄均热板的制作。

实施例2、

本实施例的主要结构与实施例1相同，相同之处在此不在赘述，与实施例1不同之处在于：如图2、图7、图8所示，吸液芯2设置为两层包括设有槽道22的槽道吸液芯6和常规吸液芯3，设有槽道22的槽道吸液芯6远离热源5设置。

热源5置于均热板下壳板4的底部中心位置，也是槽道吸液芯6的发散中心位置，发散渐宽状槽道吸液芯6的上表面和下表面分别与上壳板1的下表面和常规吸液芯3的上表面固接，常规吸液芯3的下表面与下壳板4的上表面固接。这样，发散渐宽状的槽道吸液芯6的槽道22作为工质的蒸汽通道，其余部分与常规吸液芯3一同起工质回流及支撑上、下壳板4的作用，均热板上壳板注液口11和吸液芯注液口21位于同一朝向，以保证工质能顺利注入腔体内部。将均热板四周焊接，注入工质，抽真空后密封，完成均热板的制作。当均热板的整体厚度大于0.3mm时，优选使用该结构以强化工质的回流。

实施例3、

本实施例的主要结构与实施例1相同，相同之处在此不在赘述，与实施例1不同之处在于：如图4所示，以中心为圆心，处于同圆周上的槽道22的总宽度与总吸液芯边条7的宽度比例为小于等于2:1，以中心为圆心，同圆周上的槽道22的宽度与相邻的吸液芯边条7的宽度比例为小于等于1:3之处设有分支槽道23，槽道22的最大宽度为≤3mm。当均热板面积较大时，由于上下壳板4的厚度仅为0.03-0.3mm，为保证足够的支撑强度，槽道22之间的最大间距不超过3mm，这将导致在离中心点较远位置的两槽道22距离较远，这种情况下不利于均热板的整体均温。吸液芯2设置为一层槽道吸液芯6，设有分支槽道23的槽道吸液芯6的槽道22深度与吸液芯2厚度之间的比例小于1。

实施例4、

本实施例的主要结构与实施例1相同，相同之处在此不在赘述，与实施例1不同之处在于：如图4所示，以中心为圆心，处于同圆周上的槽道22的总宽度与总吸液芯边条7的宽度比例为小于等于2:1，当均热板面积较大时，由于上下壳板4的厚度仅为0.03-0.3mm，为保证足够的支撑强度，槽道22之间的最大间距不超过3mm，这将导致在离中心点较远位置的两槽道22距离较远，这种情况下不利于均热板的整体均温。以中心为圆心，同圆周上的槽道22的宽度与相邻的吸液芯边条7的宽度比例为小于等于1:3之处设有分支槽道23，槽道22的最大宽度为≤3mm。在距离中心较远处的槽道22周边设置多级分支槽道23，以提高均热板的整体均温性，吸液芯2设置为两层，包括设有槽道22和分支槽道23的槽道吸液芯6和不设置槽道22的常规吸液芯3，设有分支槽道23的槽道吸液芯6的槽道22深度与吸液芯2厚度之间的比例等于1，其中常规吸液芯3设置于靠近热源5的位置。

实施例5、

本实施例大部分结构与实施例1或4相同，相同之处在此不在赘述，与实施例1或4不同之处在于：如图9所示，吸液芯2设置为多层，设有槽道22的槽道吸液芯6设置在中间位置。设有槽道22的槽道吸液芯6两侧均设有常规吸液芯3，两侧的常规吸液芯3均可以作为回流工质的吸液芯2使用，也就是说上壳板1和下壳板4均可以设置有热源5。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超薄均热板，包括：依次设置的上壳板、至少一层吸液芯及下壳板，其特征在于：上壳板的下表面与位于最上层的吸液芯的上表面固接，最底层吸液芯的底面与下壳板的上表面固接，以位于下壳板或者上壳板的热源的中心为中心，在其中一层吸液芯上呈环形阵列设置若干个由中心向外发散的逐渐增宽的槽道，槽道深度与所有吸液芯总厚之间的比例大于1：2，相邻两槽道中心线之间的夹角为7.5°～30°；槽道相对于位于最上层的吸液芯的上表面垂直，槽道相对于最底层吸液芯的底面垂直。

2.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于：以中心为圆心，相邻槽道之间为吸液芯边条，处于同圆周上的槽道的总宽度与总吸液芯边条的宽度比例为小于等于2:1，以中心为圆心，同圆周上的槽道的宽度与相邻的吸液芯边条的宽度比例为小于等于1:3之处设有分支槽道，槽道的最大宽度为≤3mm。

3.根据权利要求2所述的一种超薄均热板，其特征在于：吸液芯设置为一层，设有分支槽道的吸液芯的槽道深度与吸液芯厚度之间的比例小于1。

4.按照权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于：吸液芯设置为两层，设有槽道的吸液芯远离热源设置。

5.按照权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于：吸液芯设置为多层，设有槽道的吸液芯设置在中间位置。

6.按照权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于：以中心为圆心，处于同圆周上的槽道的总宽度与总吸液芯边条的宽度比例为小于等于2:1，以中心为圆心，同圆周上的槽道的宽度与相邻的吸液芯边条的宽度比例为大于1:3，槽道的最大宽度为≤3mm。

7.按照权利要求6所述的一种超薄均热板，其特征在于：吸液芯设置为一层，槽道深度与吸液芯厚度之间的比例等于1。

8.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于：槽道设置有一注液口，设置有注液口的槽道延伸到吸液芯的边缘位置，其余的槽道末端距离吸液芯外缘的宽度为0.2mm～0.5mm。

9.按照权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于：吸液芯的材料为一体的泡沫金属、单层或多层编织丝网、烧结金属粉末或纤维中的任意一种。