CN110943058A - 一种散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种散热器，包括冷却座、热管，所述冷却座与热管连接，热管螺旋状设置，热管的两端用管道连通，热管内设有交替设置有若干个段液态金属、低沸点液体，所述低沸点液体的沸点在50℃至100℃之间。本发明通过液态金属和低沸点液体的交替设置，当热管内的低沸点液体受热时，低沸点液体发生相变，相邻的管路之间产生压差，从而推动液体金属运动，使用液体金属作为传热主体，并且通过低沸点液体推动液体金属在热管内循环运动，提高了传热性能。

Description

一种散热器
技术领域
本发明涉及芯片散热领域，特别是一种散热器。
背景技术
随着目前芯片技术集成化、小型化和高频高速化的发展，芯片单 位面积上的发热功率越来越大，温度越来越高，但是大功率芯片也因 温度的影响而使其故障率显著提高，美国空军部门[1]的调查结果显 示，由温度引起的电子器件失效率高达55％，并且温度每增加1℃， 电子设备的可靠性下降5％。因此，散热对于电子元件显得格外重要。 而散热器作为电子元件的主要散热装置，其市场规模亦稳步增长，统 计数据显示，中国散热技术市场从2011年的900亿元增至2017年的 1386亿元，预计到2022年可达到2000亿元。
在现有的芯片冷却技术中，最常见的散热方式为风冷散热技术和 液体冷散热技术。
其中，液体冷散热技术通过动力装置直接驱动管内液体循环流 动，可实现大功率芯片的高效冷却，但由于其配备了附属动力装置， 导致其成本高、体积大。
而风冷散热技术一般搭配热管技术组合使用，目前主流芯片风冷 散热器结构包括散热翅片、热管冷却基座及风扇等部件。热管具备良 好的等温性能，通过热管高效导热性可将芯片产生的热量快速传递至 散热翅片，并通过风扇对其进行风冷，利用空气的强制对流换热实现 热量的耗散。其冷却能力受到热管导热性能的直接限制。当芯片发热 严重时，热管极易达到传热极限而出现传热性能恶化的现象，导致芯 片温度迅速上升，使芯片的工作环境恶化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种散热器以提高散热器的传 热性能。
本发明解决其技术问题的解决方案是：
一种散热器，包括冷却座、热管，所述冷却座与热管连接，热管 螺旋状设置，热管的两端用管道连通，热管内设有交替设置有若干个 段液态金属、低沸点液体，所述低沸点液体的沸点在50℃至100℃之 间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述冷却座包括底座和固定 块，所述热管的螺旋延伸方向横向设置，所述底座位于热管的下方， 所述热管环绕固定块，所述热管被夹在固定块和底座之间，所述底座 和固定块相对的面上均开设有凹槽，所述热管与凹槽连接。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括散热组件，所述散热组 件包括若干固定在一起的散热鳍片，若干个所述散热鳍片沿着热管的 螺旋延伸方向间隔设置；所述散热组件与热管焊接在一起；所述散热 鳍片上设有开口向下的安装区，所述热管设在安装区内，所述底座在 散热鳍片的下方与散热鳍片连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述低沸点液体设置为无水乙 醇。
作为上述技术方案的进一步改进，所述液态金属设置为镓铟合 金。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括进风风扇，所述进风风 扇安装于冷却座的其中一个侧壁，所述进风风扇的出风方向朝向热 管。
作为上述技术方案的进一步改进，所述进风风扇的出风方向垂直 于热管的螺旋延伸方向，所述进风风扇的出风方向朝向热管。
作为上述技术方案的进一步改进，还包括出风风扇，所述出风风 扇设置于冷却座的一侧，所述出风风扇与进风风扇相对设置，所述出 风风扇的出风方向远离热管。
作为上述技术方案的进一步改进，包括节流板，所述节流板与底 座固定连接，所述节流板开设有节流孔，所述节流孔靠近热管内径逐 渐减小，所述进风风扇与节流板固定连接。
作为上述技术方案的进一步改进，所述节流孔开设有若干个阵列 分布于节流板上。
本发明的有益效果是：本发明通过液态金属和低沸点液体的交替 设置，当热管内的低沸点液体受热时，低沸点液体发生相变，相邻的 管路之间产生压差，从而推动液体金属运动，使用液体金属作为传热 主体，并且通过低沸点液体推动液体金属在热管内循环运动，提高了 传热性能。
本发明用于：芯片散热领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例 描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发 明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出 创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附 图。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的***结构示意图；
图3是热管内工质分布情况示意图；
图4是节流板的整体结构示意图。
图中，1、冷却座；11、底座；12、固定块；13、凹槽；2、热管； 21、蒸发段；22、冷凝段；23、注液口；24、液塞；25、金属液体塞； 26、气塞；3、进风风扇；4、出风风扇；5、节流板；51、固定板； 52、节流孔；6、安装板；7、散热鳍片。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技 术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和 效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全 部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性 劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外， 文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指 可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接 结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可 以交互组合。
参照图1～图4，一种散热器，包括冷却座1、热管2、进风风扇 3和出风风扇4。冷却座1包括底座11和固定块12，底座11起到均 匀热量的作用，底座11与固定块12通过螺钉固定连接。
热管2设置为螺旋状，并且热管2的首尾相连形成封闭的管道， 在本实施例中，热管2采用外径5mm的铜管弯折而成，根据不同的 需求，设置不同数量的螺旋通道数。热管2环绕固定块12，热管2 被夹在底座11与固定块12之间的部分设置为蒸发段21、其余为冷 凝段22，底座11与固定块12之间分别开设有与热管2的蒸发段21 紧密贴合的凹槽13，底座11与固定块12与热管2紧密结合，使热 管2与冷却座1的接触面积增大，增强导热效果。
热管2首尾相连处焊接有注液口23，在热管2内填入工质前， 先对热管2进行抽真空处理，热管2内通过注液口23注入有低沸点 液体和液态金属，低沸点液体的沸点设置为50℃-100℃之间，低沸点 液体和液态金属交替设置，工质注入完毕后完成密封，低沸点液体与 液态金属经过超声震荡、静止放置后，分别形成液塞24和金属液体 塞25以及气塞26，从而对管路进行分割。在本实施例中，低沸点液 体设置为无水乙醇，液态金属设置为镓铟合金。由于镓铟合金与无水 乙醇不互溶，在镓铟合金表面张力的作用下会形成金属液体塞25， 无水乙醇由于张力较小，在重力作用下会在金属液体塞25上侧形成 液塞24。
在芯片工作发热时，无水乙醇与镓铟合金通过冷却座1与芯片发 生热传递，当蒸发段21温度升高时，液塞24汽化，压力增大，导致 相邻管路之间产生压差，推动管内的金属液体塞25运动。其余冷凝 段22通过与周边的空气进行热交换，温度降低，无水乙醇汽体凝结 为液体，压力减小，并在重力、毛细力及压力的共同作用下，向蒸发 段21回流。于是在热源与冷源的共同作用下，通过管内无水乙醇的 汽液相变，形成了管内液体金属的往复震荡。当震荡剧烈到一定程度 后，会形成沿某一方向的单相循环流动，实现热量由热端向冷端的传 递过程。
冷却座1的侧面固定有节流板5，节流板5的两侧分别一体成型 有固定板51，固定板51与节流板5相互垂直设置。与节流板5一体 成型的两个固定板51分别与底座11的两个侧壁通过螺钉固定连接， 节流板5垂直于底座11的底面并且平行于热管2的螺旋延伸方向。
节流板5上开设有若干贯穿节流板5的节流孔52，若干节流孔 52阵列分布。节流孔52靠近热管2其内径逐渐减小。节流板5远离 热管2的一侧通过螺钉固定连接有进风风扇3，进风风扇3的出风口 朝向热管2。在进风风扇3工作时，气流从节流孔52内径较大的一 侧流入节流孔52，从节流孔52内径较小的一侧流出，在气流流进节 流孔52的过程中，空气发生压缩，并且在实际情况中，压缩过程中 气体的温度基本保持不变，气体压力增大；当气流从节流孔52流出 时，由于节流孔52外的气压较低，流出的气流膨胀，由于节流效应， 节流孔52周边的温度下降，对节流孔52附近的环境进行降温，从而 加大热管2冷凝段22与周边空气之间的温度差，增大热管2与空气 之间的热量传递的速度，使热管2冷凝段22能较快降温。
冷却座1的侧面上通过螺钉固定有安装板6，安装板6的两侧分 别一体成型有固定板51，固定板51与安装板6相互垂直设置。与安 装板6一体成型的两个固定板51分别与底座11的两个侧壁通过螺钉 固定连接。出风风扇4通过螺钉固定于安装板6远离热管2的一侧，出风风扇4与进风风扇3相对设置，出风风扇4的出风方向与进风风 扇3的出风方向一致，出风风扇4使热管2附近被加热的空气能更好 的向远离热管2的方向流动，加强了空气的流动性。
固定块12上固定连接有若干散热鳍片7，若干散热鳍片7沿着 热管2的螺旋延伸方向直线阵列分布，散热鳍片7与热管2的外周面 相贴合。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并 不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前 提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含 在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种散热器，其特征在于：包括冷却座(1)、热管(2)，所述冷却座(1)与热管(2)连接，热管(2)螺旋状设置，热管(2)的两端用管道连通，热管(2)内设有交替设置有若干段液态金属、低沸点液体，所述低沸点液体的沸点在50℃至100℃之间。
2.根据权利要求1所述的一种散热器，其特征在于：所述冷却座(1)包括底座(11)和固定块(12)，所述热管(2)的螺旋延伸方向横向设置，所述底座(11)位于热管(2)的下方，所述热管(2)环绕固定块(12)，所述热管(2)被夹在固定块(12)和底座(11)之间，所述底座(11)和固定块(12)相对的面上均开设有凹槽(13)，所述热管(2)与凹槽(13)连接。
3.根据权利要求2所述的一种散热器，其特征在于：还包括散热组件，所述散热组件包括若干固定在一起的散热鳍片(7)，若干个所述散热鳍片(7)沿着热管(2)的螺旋延伸方向间隔设置；所述散热组件与热管(2)焊接在一起；所述散热鳍片(7)上设有开口向下的安装区，所述热管(2)设在安装区内，所述底座(11)在散热鳍片(7)的下方与散热鳍片(7)连接。
4.根据权利要求1所述的一种散热器，其特征在于：所述低沸点液体设置为无水乙醇。
5.根据权利要求1所述的一种散热器，其特征在于：所述液态金属设置为镓铟合金。
6.根据权利要求1所述的一种散热器，其特征在于：还包括进风风扇(3)，所述进风风扇(3)安装于冷却座(1)的其中一个侧壁，所述进风风扇(3)的出风方向朝向热管(2)。
7.根据权利要求6所述的一种散热器，其特征在于：所述进风风扇(3)的出风方向垂直于热管(2)的螺旋延伸方向，所述进风风扇(3)的出风方向朝向热管(2)。
8.根据权利要求6所述的一种散热器，其特征在于：还包括出风风扇(4)，所述出风风扇(4)设置于冷却座(1)的一侧，所述出风风扇(4)与进风风扇(3)相对设置，所述出风风扇(4)的出风方向远离热管(2)。
9.根据权利要求6所述的一种散热器，其特征在于：包括节流板(5)，所述节流板(5)与底座(11)固定连接，所述节流板(5)开设有节流孔(52)，所述节流孔(52)靠近热管(2)内径逐渐减小，所述进风风扇(3)与节流板(5)固定连接。
10.根据权利要求9所述的一种散热器，其特征在于：所述节流孔(52)开设有若干个阵列分布于节流板(5)上。
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