CN110108139A - 一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板 - Google Patents

一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，包括上盖板和下盖板，上盖板的空腔中设置冷凝端吸液芯，下盖板的空腔中设置蒸发端吸液芯，蒸发端吸液芯的中间设置环形空腔，且环形空腔的中心设置支撑柱，环形空腔外周为沟槽结构，支撑柱和沟槽结构均与冷凝端吸液芯接触；上盖板和下盖板密封，且之间设置充液口。蒸发端吸液芯的空腔促进液体工质的蒸发以及对冷凝液体的收集，支撑柱形成液体回流通道降低中心区域压降；沟槽的空腔部分有助于液体工质蒸发和工质向中心蒸发区域的回流，提升传热性能，沟槽的实体部分构成了冷凝液体的主要回流通道，加快冷凝回流过程；同时支撑柱和沟槽结构保证了均热板的强度，有效避免了均热板塌陷和热变形。

Description

一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板
技术领域
本发明设计光电器件散热用均热板，具体涉及一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板。
背景技术
随着微电子技术、电信行业和能源等领域的快速发展，各种高热通量器件，比如CPU、GPU、高强度发光二极管(LED)和太阳能电池等，正以高性能、轻量化和微型化的方向发展，与此同时，也引发了在有限的散热空间内对高热流和大功率芯片的散热问题。电子元器件的性能对温度很敏感，过高的温度将对元件的性能产生显著的影响，甚至将影响到整个***的正常运行。而传统的冷却手段已经无法满足现代高热流电子元器件的散热要求，因此需要新的散热技术和散热器件来解决这些问题。
均热板作为一种新的散热装置，具有温度分布均匀、冷凝面积大、重量轻、几何柔韧性好和导热系数高等优点，是解决目前散热需求的理想方案。目前，烧结吸液芯和沟槽吸液芯结构是两种常见的吸液芯结构，烧结吸液芯具有较大的毛细压力和优良的蒸发传热性能，但渗透性和有效导热系数较小。与此相反，沟槽芯具有较高的渗透性和导热性，但其毛管压力较小。这两者的矛盾性需要取得一个平衡以充分发挥均热板的性能，使得均热板能够在更高加热功率下稳定运行。
CN 102706193A中公开了一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管及其加工方法，包括下底座、上盖板和支撑环，下底座包括一个圆形基底，圆形基底上有一个圆形凸台，其顶面呈中间低、外缘高的内锥形斜面，由中心向外呈辐射状径向分布有V形沟槽和脊，但是该平板热管仅在凸台顶面设有一毛细芯结构，沟槽部分为犁削加工而成，会造成毛细压力不足；同时其沟槽结构较为紧凑，不利于工质充分蒸发，传热性能受到影响。
CN 104534906A中公开了一种具有嵌套式多孔吸液芯结构的平板热管及其制造方法，上下金属盖板形成密闭腔体，其蒸发面加工有阵列排布的带内凹槽的烧结多孔柱，冷凝面加工出与该凹槽配合的多孔凸起，两者紧密配合形成多孔结构柱，但该平板热管仅有烧结多孔柱能提供冷凝回流通道，没有形成连续的通道，不利于工质快速回流，且烧结柱提供的毛细压力有限，会影响传热性能的提升。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提供一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其能够在高加热功率下稳定运行，渗透性、毛细压力和有效导热系数都较好。
本发明通过以下技术方案实现。
一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，包括上盖板和下盖板，上盖板的空腔中设置冷凝端吸液芯，下盖板的空腔中设置蒸发端吸液芯，蒸发端吸液芯的中间设置有环形空腔，且环形空腔的中心设置支撑柱，环形空腔外周为沟槽结构，支撑柱和沟槽结构均与冷凝端吸液芯接触；上盖板和下盖板密封，且二者之间设置充液口。
进一步的，所述蒸发端吸液芯和冷凝端吸液芯均是金属粉末烧结而成。
进一步的，上盖板的端部设置充液口的上半部分，下盖板的相应位置设置充液口的下半部分，当上盖板和下盖板焊接密封后，充液口的上半部分和下半部分对接形成充液口。
进一步的，所述金属粉末为铜粉、铝粉或镍粉，且金属粉末的粒径为25μm～150μm。
进一步的，所述上盖板和下盖板通过焊接密封在一起。
进一步的，所述支撑柱为实心柱体，且支撑柱的位置垂直于蒸发端吸液芯所在平面。
进一步的，所述沟槽结构以圆周阵列形式分布在所述环形空腔的外周，沟槽结构的高度与支撑柱的高度相等。
进一步的，所述沟槽数量为20且沟槽宽度相等，且沟槽截面为矩形。
进一步的，所述环形空腔、支撑柱和沟槽结构均设置在蒸发端吸液芯的上表面。
进一步的，所述冷凝段吸液芯截面面积与蒸发端吸液芯底部截面面积相同。
进一步的，所述上盖板和下盖板的材质为铜或铝。
本发明相比现有技术，具有以下有益效果：
1.在均热板蒸发端吸液芯设置了空腔，可促进液体工质充分蒸发，同时实现了对冷凝液体的收集，使得蒸发-冷凝-蒸发循环可以更高效地运行。
2.蒸发端吸液芯的中心支撑柱形成一个液体回流通道，可以显著降低中心区域的压降，避免了均热板干烧现象的产生，提高了均热板的最高工作功率，使得均热板在280W/cm2的加热功率下依然可以稳定运行。
3.蒸发端吸液芯设置了等距沟槽结构，沟槽部分有助于液体工质蒸发和工质向中心蒸发区域的回流，提升了传热性能，降低了热阻；沟槽的实体部分构成了冷凝液体的主要回流通道，加快了冷凝回流过程；同时支撑柱和沟槽结构保证了均热板的强度，可有效避免均热板塌陷和热变形，提高了均热板的工作稳定性。
附图说明
图1为本发明的均热板的***示意图；
图2为本发明的均热板的上盖板示意图；
图3为本发明的均热板的冷凝端吸液芯示意图；
图4为本发明的均热板的蒸发端吸液芯示意图；
图5为本发明的均热板的下盖板示意图；
图6为本发明的均热板的上盖板和冷凝端吸液芯烧结后的整体结构示意图；
图7为本发明的均热板的下盖板和蒸发端吸液芯烧结后的整体结构示意图；
图8为本发明的均热板的整体装配图；
图9为本发明的均热板的剖面示意图；
其中：
1——上盖板；
2——冷凝端吸液芯；
3——蒸发端吸液芯；31——支撑柱；32——环形空腔；33——沟槽结构；
4——下盖板；
5——充液口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步具体详细描述，但本发明的实施方式不限于此，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。
如图1所示，一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，包括上盖板1和下盖板4，如图2-3和6所示，上盖板1内的空腔内烧结有冷凝端吸液芯2，如图4-5和7所示，下盖板4内的空腔内烧结有蒸发端吸液芯3；蒸发端吸液芯结构中间有一个环形的空腔32，环形空腔32中心设置一支撑柱31，空腔外周为20等分的等距沟槽结构33，支撑柱31和沟槽结构33与冷凝端吸液芯2接触；且如图8-9所示，所述冷凝段吸液芯2截面面积与蒸发端吸液芯3底部截面面积相同。上下盖板之间通过焊接密封在一起。
如图2、图5所示，所述上盖板2和下盖板4可通过精密铣削或者冲压的方式制造，材料为铜或者铝，上盖板2的端部设置充液口的上半部分，下盖板3的相应位置设置充液口的下半部分，当上盖板2和下盖板3焊接后，充液口的上半部分和下半部分对接形成充液口5。
如图3、图4所示，所述冷凝端吸液芯2和蒸发端吸液芯3为金属粉末烧结而成，金属粉末材质为铜粉、铝粉或镍粉，其粒径为25μm～150μm，粉末可为球形或者不规则形状，或者二者混合烧结。
如图4所示，所述环形空腔32、支撑柱31和沟槽结构33设置在蒸发端吸液芯的上表面，且环形空腔32的外圈形状为圆形，尺寸可变，内圈尺寸由支撑柱31决定，支撑柱为圆柱形，垂直于蒸发端吸液芯所在平面；所述沟槽结构33以圆周阵列形式分布在所述环形空腔32的外周，且沟槽结构是20等分的等距沟槽，且沟槽截面为矩形，沟槽的高度与支撑柱等厚度。
如图6、图7所示，所述冷凝端吸液芯2与上盖板1烧结在一起，蒸发端吸液芯3和下盖板4烧结在一起。上下盖板在烧结前要清洗干净，然后分别扣合在已经填完金属粉末的烧结模具上，锁紧各螺栓，然后180度上下翻转夹具，将夹具整体在保护气体下在烧结炉中进行烧结，烧结温度930摄氏度，烧结时间60分钟，最终烧结后的粉末在重力作用下粘附在金属盖板上形成吸液芯结构。
如图6、图7所示，充液口5设置在上、下盖板之间，其开口深度靠近吸液芯位置，有利于充液时工作液体快速填充到吸液芯。
如图8所示，吸液芯结构烧结后，上盖板1和下盖板4在压力和保护气氛下用钎焊焊接在一起。充液口5设置在上、下盖板之间，以填充工作液。
如图9所示，蒸发端吸液芯的支撑柱31和沟槽结构33与冷凝端吸液芯2的结构紧密接触，作为均热板的支撑，保证了足够的强度，可以有效避免均热板塌陷和热变形。
在均热板试验过程中，将充液管装进充液口5，并在真空条件下通过高频焊接焊接在一起。之后均热板内部气体被排空，均热板的腔体内部填充液体工质，填充完毕后充液管的末端被平焊。试验过程中均热板在280W/cm2的加热功率下可以稳定运行。
如上所述，便可较好地实现本专利。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，不能以此限制本发明实施的范围。在不脱离本发明的原理和构思下所作的均等变化与修饰，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：包括上盖板（1）和下盖板（4），上盖板（1）的空腔中设置冷凝端吸液芯（2），下盖板的空腔中设置蒸发端吸液芯（3），蒸发端吸液芯的中间设置环形空腔（32），且环形空腔（32）的中心设置支撑柱（31），环形空腔（32）外周为沟槽结构（33），支撑柱（31）和沟槽结构（33）均与冷凝端吸液芯（2）接触；上盖板（1）和下盖板（4）密封，且之间设置充液口（5）。
2.根据权利要求1所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述蒸发端吸液芯（3）和冷凝端吸液芯（2）均是金属粉末烧结而成。
3.根据权利要求2所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述金属粉末为铜粉、铝粉或镍粉，且金属粉末的粒径为25 μm ~ 150 μm。
4.根据权利要求1所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述上盖板（1）和下盖板（4）通过焊接密封在一起。
5.根据权利要求1所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述支撑柱（31）为实心柱体，且支撑柱（31）的位置垂直于蒸发端吸液芯所在平面。
6.根据权利要求1所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述沟槽结构（33）以圆周阵列形式分布在所述环形空腔（32）的外周，沟槽结构（33）的高度与支撑柱（31）的高度相等。
7.根据权利要求6所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述沟槽数量为20且沟槽宽度相等，且沟槽截面为矩形。
8.根据权利要求1所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述环形空腔（32）、支撑柱（31）和沟槽结构（33）均设置在蒸发端吸液芯的上表面。
9.根据权利要求6所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述冷凝段吸液芯（2）截面面积与蒸发端吸液芯（3）底部截面面积相同。
10.根据权利要求1所述的具有支撑柱和沟槽复合结构的均热板，其特征在于：所述上盖板（1）和下盖板（4）的材质为铜或铝。
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