CN108010893A - 基于荷叶微观表面的微型散热器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于荷叶微观表面的微型散热器及其制造方法，利用3D打印技术来制备荷叶表面微观结构微电子散热器的散热片，能有效一次成型，特别在封闭的空间成型复杂微小结构。通过这种方法制造的散热片表面具有更强的换热系数，实现较传统制造方法制备的散热片具有更强的换热性能。制造方法简单，适合于仿生表面结构产品的生产，根据专利的要求，首先要利用反求工程技术提取荷叶表面的微观结构数据，将提取出来的数据进行三维建模，输入3D打印机进行成品打印。根据荷叶微观表面特征，将荷叶外貌形状设计到微型散热器散热片上，增加了单位散热面积上散热效率，对散热片的散热性能具有明显的增强作用。
Description
技术领域
本发明涉及强化传热技术领域，具体涉及一种基于荷叶微观表面的微型散热器及其制造方法。
背景技术
目前，电子行业的飞速发展使得PCB线路板上的集成元件高度密集化、线路复杂化、封装密度集中化，进而加大了PCB线路板上的元件的热流密度，温度上升。另外，PCB线路板上的元件的构件尺寸和外形不断缩小，也使其温度增大更为严重。特别是PCB线路板上CPU处理器，其温度会随其所处理数据的计算速度的不断升高，放热增大，如果CPU处理器在工作中产生的热量得不到解决，不但会让CPU处理器的运行速度变得缓慢，而且还会加速老化，情况严重时还会使CPU失效，更有甚者会烧毁芯片。因此CPU散热器的设计与制造便显得尤为重要了。而随着技术的不断更新，普通的CPU散热器不足以解决现今CPU散热问题，所以设计新型的CPU散热器或对已有的CPU散热器进行优化是现今急需解决的问题。
目前，国际上对强化换热表面的强化制备日益发展，许多研究者都纷纷研究各种物理和化学制造，如光刻法、干涉法、褶皱法和电纺丝法等改变原有的光滑表面。然而这些办法中存在着制造过程中涉及应力变化、模具的对准、备维护费高等缺点，而且存在一个关键的因素是精度要求不能达到生物表面微观结构的要求，在制备生物微观表面时，对生物表面的尺寸级别高，微观表面结构存在不规则形等原因，用传统这些方法制备出来的仿生表面。没有更好地体现出生物表面结构的特征，因而，所制备的产品不能良好地呈现出仿生功能。
发明内容
本发明提供一种基于荷叶微观表面的微型散热器及其制造方法，其不仅能增加散热器的传热面积，达到强化传热的效果，而且能减少散热器的体积和制造成本。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
基于荷叶微观表面的微型散热器，包括散热框架和设置在散热框架内的2片以上的散热片；上述散热框架为中空的矩形腔体，其该散热框架的前后2个相对侧面上开分别设有散热孔；所有散热片均竖直设置在散热框架的内部空腔中；这些散热片相互间隔并平行设置；每2片散热片之间的间隙形成换热通道，该换热通道的两端分别与散热孔相通，换热介质从散热框架的一侧散热孔流入，并流经2片散热片之间的换热通道后，从散热框架的另一侧散热孔流出；每片散热片均为片状，散热片的表面上设置有若干个上凸柱状的散热点，且这些散热点在散热片的表面呈规律排列。
上述方案中，换热介质为空气。
上述方案中，散热点为圆柱形。
上述方案中，所有散热点在散热片的表面呈规则矩阵排列。
上述方案中，散热框架、散热片和散热点均由铜铝合金制成。
基于荷叶微观表面的微型散热器的制造方法，包括散热片的制造，所述散热片的制造具体包括步骤如下：
步骤1、运用逆向工程软件对荷叶微观表面进行三维扫描进行处理，从中提取荷叶微观表面结构的特征点云；
步骤2、将所提取出的荷叶微观表面结构的特征点云嵌入到给定的设计空间坐标中，得到向量参数集合；
步骤3、从向量参数集合随机选取特征曲线来构建仿生曲面；
步骤4、对仿生曲面进行光滑性、连续性和误差检测；当仿生曲面的检测结果符合要求时，则创建散热片的三维模型；否则，返回步骤3；
步骤5、将创建散热片的三维模型导入3D打印机***中，并生成散热片的STL文件；
步骤6、根据散热片的STL文件生成控制打印参数，并据此完成基于荷叶微观表面的微型散热器的散热片打印。
与现有技术相比，本发明基于荷叶微观表面的仿生风冷式微型散热器，根据荷叶微观表面特征，将荷叶外貌形状设计到微型散热器散热片上，相比光滑表面，这种仿生微观表面结构增加散热面积25％-50％，增加了单位散热面积上散热效率，对散热片的散热性能具有明显的增强作用，这种基于荷叶微观表面的仿生风冷式微型散热器可广泛用于微电子芯片、高功率LED等领域。另外，本发明基于仿生学原理，通过仿生学原理，通过逆向反求工程技术将自然界动植物微观表面结构运用于微型散热器上，利用3D打印技术来制备荷叶表面微观结构微电子散热器的散热片，能有效一次成型，特别在封闭的空间成型复杂微小结构。通过这种方法制造的散热片表面具有更强的换热系数，实现较传统制造方法制备的散热片具有更强的换热性能。制造方法简单，适合于仿生表面结构产品的生产，根据专利的要求，首先要利用反求工程技术提取荷叶表面的微观结构数据，将提取出来的数据进行三维建模，保存STL格式，输入3D打印机，进行成品打印。
附图说明
图1为基于荷叶微观表面的微型散热器的立体结构示意图。
图2为散热片的主视放大图。
图3为散热片的左视放大图。
图4为基于荷叶微观表面的微型散热器的制造方法流程图。
图中标号：1、散热框架；2、散热片；3、散热点；4、CPU
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
一种基于荷叶微观表面的微型散热器，如图1-3所示，包括散热框架1和设置在散热框架1内的2片以上的散热片2。
上述散热框架1为中空的矩形腔体，其总体尺寸为51mm×50mm×15mm。该散热框架1的前后2个相对侧面上开分别设有散热孔。所有散热片2均竖直设置在散热框架1的内部空腔中。这些散热片2相互间隔并平行设置。每2片散热片2之间的间隙形成换热通道，该换热通道的两端分别与散热孔相通，换热介质从散热框架1的一侧散热孔流入，并流经2片散热片2之间的换热通道后，从散热框架1的另一侧散热孔流出。在本发明中，换热介质根据实际应用环境进行选定，如可以是制冷剂或空气等，在本发明优选实施例中，所选用改的换热介质为空气。
每片散热片2均为片状。所述散热片2是具有仿荷叶微观表面特征，即散热片2的表面上设置有若干个上凸柱状的散热点3，这些散热点3可以为棱柱状，也可以为圆柱状。在本发明优选实施例中，所有散热点3均为圆柱形，其直径为1mm、高为1mm。同一片散热片2上的所有散热点3在散热片2的表面呈规律排列。为了更好地引流和散热，在本发明优选实施例中，所有散热点3在散热片2的表面呈规则矩阵排列，且2行散热点3之间的行距和2列散热点3之间的列距相等，均为1mm。
在本发明中，散热框架1、散热片2和散热点3由导热材料制成。在本发明优选实施例中，散热框架1、散热片2和散热点3均由铜铝合金制成，其具有足够的硬度，价格低廉，重量轻和导热性能佳等优点。
本发明应用在风冷式CPU4散热器中，使用时，将CPU4设置在散热框架1的上表面。在CPU4工作时，随着运算速度的不断提高而产生大量的热量，通过风冷式CPU4散热器的底面与CPU4接触传导热量到底面上，再由底面与仿荷叶微观表面风冷式散热器散热片2接触传热，由底面传导到散热片2上的热量再经过散热片2的换热通道壁上，最后再通过换热介质流动，将热量送走。而基于仿荷叶微观表面结构设计，相比光滑表面，这种仿生微观表面结构增加散热面积25％-50％，增加了单位散热面积上散热效率。本发明的仿荷叶微观表面风冷式CPU4散热器散热片2均由铜铝合金制成，拥有足够的硬度，价格低廉，重量轻，导热性能也不差，提供经济实用的原材料，提高了实用性。
考虑到所述的荷叶表面微观结构的尺寸要求在1mm。且荷叶表面微观结构中的同向异性要求所述的大尺寸圆柱体在高1mm左右，宽1mm左右，其结构符合荷叶表面的疏水性。为了达到这种精度要求，并且运用这种实现制备更好的仿荷叶表面微观的散热片2，增强微电子散热器的换热性能，本发明设计了一种基于荷叶微观表面的微型散热器的制造方法，包括散热片2的制造，如图4所示，其散热片2的制造具体包括步骤如下：
步骤1、运用逆向工程软件对荷叶微观表面进行三维扫描进行处理，从中提取荷叶微观表面结构的特征点云；
步骤2、将所提取出的荷叶微观表面结构的特征点云嵌入到给定的设计空间坐标中，得到向量参数集合；
步骤3、从向量参数集合随机选取特征曲线来构建仿生曲面；
步骤4、对仿生曲面进行光滑性、连续性和误差检测；当仿生曲面的检测结果符合要求时，则创建散热片2的三维模型；否则，返回步骤3；
步骤5、将创建散热片2的三维模型导入3D打印机***中，并生成散热片2的STL文件；
步骤6、根据散热片2的STL文件生成控制打印参数，并据此完成基于荷叶微观表面的微型散热器的散热片2打印。
为制造前建立的一种荷叶表面结构微电子散热器的散热片2模型，该模型的表面的数据与提取获得到的荷叶表面数据相同，将该模型保存成STL格式保存到输入到3D打印机中，所设计的参数值应达到所述的制造方法精度要求。导入模型后，需进行打印的参数值，将打印的精度设置为0.2mm，然后散热片2进行切片处理，设置打印的层次填充率、支撑架、层高等，完成这些之后还要进行喷头的速度以及温度。这些参数的设计会影响到成型质量，对于散热片2的表面质量尤其重要。3D打印可采用PLA作为原材料制备散热器的散热片2。
对比验证表面，通过放大后测量仪器，对比成品的表面质量是否符合最先设计的数据，如果不符合，需要重新调整参数进行打印验证，结构验证后还需对水滴在其表面接触角大小以及润湿性与是否荷叶表面一样进行试验，最终获取仿生结构的散热片2。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。
Claims (6)
1.基于荷叶微观表面的微型散热器，其特征是，包括散热框架(1)和设置在散热框架(1)内的2片以上的散热片(2)；
上述散热框架(1)为中空的矩形腔体，其该散热框架(1)的前后2个相对侧面上开分别设有散热孔；所有散热片(2)均竖直设置在散热框架(1)的内部空腔中；这些散热片(2)相互间隔并平行设置；每2片散热片(2)之间的间隙形成换热通道，该换热通道的两端分别与散热孔相通，换热介质从散热框架(1)的一侧散热孔流入，并流经2片散热片(2)之间的换热通道后，从散热框架(1)的另一侧散热孔流出；
每片散热片(2)均为片状，散热片(2)的表面上设置有若干个上凸柱状的散热点(3)，且这些散热点(3)在散热片(2)的表面呈规律排列。
2.根据权利要求1所述的基于荷叶微观表面的微型散热器，其特征是，换热介质为空气。
3.根据权利要求1所述的基于荷叶微观表面的微型散热器，其特征是，散热点(3)为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的基于荷叶微观表面的微型散热器，其特征是，所有散热点(3)在散热片(2)的表面呈规则矩阵排列。
5.根据权利要求1所述的基于荷叶微观表面的微型散热器，其特征是，散热框架(1)、散热片(2)和散热点(3)均由铜铝合金制成。
6.权利要求1所述基于荷叶微观表面的微型散热器的制造方法，包括散热片(2)的制造，其特征在于：所述散热片(2)的制造具体包括步骤如下：
步骤1、运用逆向工程软件对荷叶微观表面进行三维扫描进行处理，从中提取荷叶微观表面结构的特征点云；
步骤2、将所提取出的荷叶微观表面结构的特征点云嵌入到给定的设计空间坐标中，得到向量参数集合；
步骤3、从向量参数集合随机选取特征曲线来构建仿生曲面；
步骤4、对仿生曲面进行光滑性、连续性和误差检测；当仿生曲面的检测结果符合要求时，则创建散热片(2)的三维模型；否则，返回步骤3；
步骤5、将创建散热片(2)的三维模型导入3D打印机***中，并生成散热片(2)的STL文件；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180508 |