CN111366018B - 半导体制冷用散热组件及半导体制冷设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体制冷用散热组件及半导体制冷设备。半导体制冷用散热组件，包括蒸发部件，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，所述蒸发部件内部形成用于加热相变材料的蒸发腔体；冷凝部件，具有多层散热板，所述散热板中形成有竖向布置的冷凝通道，所述冷凝通道的进气口与所述蒸发腔体的出气口连通，所述冷凝通道的出液口与所述蒸发腔体的进液口连通；液态相变材料在所述蒸发腔体中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道中，气态相变材料在所述冷凝通道中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发腔体中。实现提高半导体制冷用散热组件的散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制冷技术领域，尤其涉及一种半导体制冷用散热组件及半导体制冷设备。
背景技术
目前，采用半导体制冷芯片来进行制冷的制冷设备被广泛的使用半导体制冷芯片在使用过程中，其冷端面将释放冷量，相对应的，其热端面将释放热量，为了保证半导体制冷芯片的高效制冷，其热端面的散热处理至关重要。中国专利号201520278452.6公开了一种换热装置及具有该换热装置的半导体制冷设备，利用散热翅片配合热管来实现对热端面进行散热，而为了提高散热效率，散热翅片采用高翅化比的扩展散热面积，散热翅片的体积庞大，且散热效率较低。如何设计一款散热效率高的半导体制冷技术是本发明所要解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种半导体制冷用散热组件及半导体制冷设备，实现提高半导体制冷用散热组件的散热效率。
为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种半导体制冷用散热组件，包括：蒸发部件，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，所述蒸发部件内部形成用于加热相变材料的蒸发腔体；冷凝部件，具有多层散热板，所述散热板中形成有竖向布置的冷凝通道，所述冷凝通道的进气口与所述蒸发腔体的出气口连通，所述冷凝通道的出液口与所述蒸发腔体的进液口连通；液态相变材料在所述蒸发腔体中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道中，气态相变材料在所述冷凝通道中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发腔体中。
进一步的，所述蒸发部件包括导热基座，所述导热基座中形成有所述蒸发腔体，所述导热基座的上端部设置有所述出气口，所述导热基座的下端部设置有所述进液口。
进一步的，所述导热基座在所述蒸发腔体中形成有流道凹槽，所述流道凹槽在所述出气口和所述进液口之间的方向上延伸。
进一步的，所述导热基座上还设置有若干片翅片。
进一步的，所述散热板包括两片压合在一起的导热片，两片所述导热片之间形成有多条并联设置的所述冷凝通道。
进一步的，相邻两条所述冷凝通道之间还设置有倾斜布置的连接通道。
进一步的，所述散热板上位于相邻两条所述冷凝通道之间还设置有导流翼片，所述导流翼片用于引导气流形成涡流。
进一步的，所述散热板冲孔形成有所述导流翼片，所述导流翼片分布在所述散热板的正反表面。
进一步的，还包括散热箱体，所述散热箱体内部形成有依次连通的进风通道、散热腔体和出风通道，所述散热箱体上设置有连通所述进风通道的进风口，所述散热箱体上还设置有连通所述出风通道的出风口，所述蒸发部件和所述冷凝部件设置在所述散热腔体中，所述进风通道或所述出风通道中设置有贯流风机。
本发明还提供一种半导体制冷设备，包括半导体制冷芯片，还包括上述半导体制冷用散热组件；所述半导体制冷芯片设置在所述半导体制冷用散热组件的蒸发部件上。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过采用分离式的蒸发部件和冷凝部件来利用相变材料以实现热管传热的功能，其中，蒸发部件与半导体制冷芯片的热端面连接，半导体制冷芯片产生的热量能够快速的加热蒸发部件中的液态相变材料形成气态，气态相变材料进入到多层散热板中进行快速放热冷凝形成液态相变材料又流回到蒸发部件中，这样，便可以高效快速的散热，以提高半导体制冷用散热组件的散热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明半导体制冷用散热组件实施例的主视图
图2为本发明半导体制冷用散热组件实施例的侧视图；
图3为本发明半导体制冷用散热组件实施例的立体图；
图4为本发明半导体制冷用散热组件实施例中蒸发部件的剖视图；
图5为本发明半导体制冷用散热组件实施例的一结构示意图；
图6为本发明半导体制冷用散热组件实施例的另一结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图6所示，本实施例半导体制冷用散热组件，包括：蒸发部件1，用于热传导连接半导体制冷芯片100的热端面，所述蒸发部件1内部形成用于加热相变材料的蒸发腔体10；冷凝部件2，具有多层散热板21，所述散热板21中形成有竖向冷凝通道201，所述冷凝通道201的进气口与所述蒸发腔体10的出气口连通，所述冷凝通道201的出液口与所述蒸发腔体10的进液口连通；液态相变材料在所述蒸发腔体10中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道201中，气态相变材料在所述冷凝通道201中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发腔体10中。
具体而言，本实施例半导体制冷用散热组件采用分体式结构的蒸发部件1和冷凝部件2来实现对半导体制冷芯片100的热端面进行散热处理，半导体制冷芯片100的热端面产生的热量能够快速的传递给蒸发部件1以加热蒸发腔体10中的液态相变材料，液态相变材料受热快速气化，气化后的气态相变材料上升并进入到冷凝部件2各层散热板21形成的冷凝通道201中，气态相变材料释放的热量通过散热板21快速的散发，使得气态相变材料冷凝形成液态相变材料，气态相变材料在重力的作用下沿着竖向布置的冷凝通道201向下流动并从冷凝通道201的出液口流回到下方的蒸发腔体10中。
其中，蒸发部件1包括导热基座11，所述导热基座11中形成有所述蒸发腔体10，所述导热基座11的上端部设置有所述出气口，所述导热基座11的下端部设置有所述进液口。具体的，导热基座11可以采用铝、铜等导热性能好的材料制成，导热基座11与半导体制冷芯片100的热端面热传递连接，半导体制冷芯片100的热端面释放的热量能够快速的传递至导热基座11各处并均匀的加热蒸发腔体10中的液态相变材料。优选地，导热基座11在所述蒸发腔体10中形成有竖向布置的流道凹槽111，所述流道凹槽111在所述出气口和所述进液口之间的方向上延伸，流道凹槽111为梯形微槽道结构，利用毛细力作用下，拉长了液态相变材料所形成的薄液膜区，而薄液膜区是蒸发换热作用最强的区域，流道凹槽111减少了液态相变材料反向运动时的摩擦阻力，提高蒸发效率。而为了充分利用蒸发部件1进行散热，导热基座11上还设置有若干片翅片12，导热基座11在利用半导体制冷芯片100的热量加热液态相变材料的同时，导热基座11还利用翅片12一同进行散热，以配合冷凝部件2来提高散热效率。
另外，所述散热板21包括两片压合在一起的导热片211，两片所述导热片211之间形成有多条并联设置的所述冷凝通道201，具体的，两片导热片211压合在一起后，采用吹胀的方式在两片导热片211之间形成冷凝通道201，导热片211采用铝、铜等导热性能好的材料制成，气态相变材料进入到冷凝通道201中能够迅速的与外部环境热交换释放热量。优选地，相邻两条所述冷凝通道201之间还设置有倾斜布置的连接通道202，具体的，连接通道202也采用吹胀的方式加工而成，多条连接通道202将相邻的两条冷凝通道201连接在一起，连接通道202减少了重力对分流的影响以保证相变材料在各个冷凝通道201内均匀分布，减少了循环阻力，增加了散热板21的传热能力。同时，并联的多片吹胀式散热板21，增大了散热面积，如果空间足够，散热面积可以适当增加，当散热面积足够时，可实现自然散热而无需配置风扇。而导热片211的外表面可以进行强化散热涂层工艺处理，如：石墨烯涂层，提高导热片211表面的均温性、增强辐射换热能力和耐腐蚀能力，延长散热器的使用寿命。而在采用风扇进行散热的情况下，为了最大限度的提高散热效率以缩小体积，所述散热板21上位于相邻两条所述冷凝通道201之间还设置有导流翼片22，所述导流翼片22用于引导气流在散热板21的表面形成涡流，具体的，导流翼片22整体呈三角结构，在外部通过风扇进行吹风散热时，气流沿着散热板21的表面流动并经过导流翼片22导向后会在散热板21的表面形成涡流，以增加空气的扰动，提高了散热板21空气侧的换热能力。而对于在相邻的两条冷凝通道201之间的各个导流翼片22而言，上下相邻的导流翼片22相对倾斜布置，这样，可以更有效的增强涡流效果以提高散热效率。散热板21中的两片导热片211压合在一起后，再通过冲孔的方式在散热板21的正反表面均形成导流翼片22。
针对蒸发部件1和冷凝部件2之间采用管路柔性连接，内部连通以形成全密封的回路，回路被抽成负压状态后灌注适量的相变材料工质，通过相变材料的蒸发与冷凝来传递热量。而管路分为蒸发管路31和冷凝管路32，而蒸发管路31配置有分流器33来满足多层散热板21均匀输送气态相变材料的要求，相对应的，散热板21的两侧对应设置有与工质进口212和工质出口213，气态相变材料经过工质进口212进入到各条冷凝通道201中，而各条冷凝通道201中冷凝形成的液体相变材料又通过工质出口213输出。工质进口212和工质出口213分布在散热板21的两侧，避免了两者干扰，减弱了***的共振现象，降低了运行的噪音。
进一步的，本实施例半导体制冷用散热组件还包括散热箱体4，所述散热箱体4内部形成有依次连通的进风通道41、散热腔体42和出风通道43，所述散热箱体4上设置有连通所述进风通道的进风口401，所述散热箱体4上还设置有连通所述出风通道43的出风口402，所述蒸发部件1和所述冷凝部件2设置在所述散热腔体42中，所述进风通道41或所述出风通道42中设置有贯流风机5。具体的，以在进风通道41中设置贯流风机5为例，外界的空气进入到进风通道41并输送到散热腔体42中，空气与蒸发部件1和冷凝部件2换热后，从出风通道42输出。其中，根据需要同时对多个半导体制冷芯片100进行散热，每个半导体制冷芯片100配置有一组蒸发部件1和所述冷凝部件2，并利用一个贯流风机5来同时对多个蒸发部件1和所述冷凝部件2进行散热；另外，相邻的两组蒸发部件1和所述冷凝部件2之间可以通过隔板44进行间隔开。
本发明还提供一种半导体制冷设备，包括半导体制冷芯片，还包括上述半导体制冷用散热组件；所述半导体制冷芯片设置在所述半导体制冷用散热组件的蒸发部件上。
具体而言，本实施例中的半导体制冷用散热组件可以采用本发明半导体制冷用散热组件实施例中的半导体制冷用散热组件，其具体结构可以参见本发明半导体制冷用散热组件实施例以及附图1-图6的记载，在此不再赘述。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过采用分离式的蒸发部件和冷凝部件来利用相变材料以实现热管传热的功能，其中，蒸发部件与半导体制冷芯片的热端面连接，半导体制冷芯片产生的热量能够快速的加热蒸发部件中的液态相变材料形成气态，气态相变材料进入到多层散热板中进行快速放热冷凝形成液态相变材料又流回到蒸发部件中，这样，便可以高效快速的散热，以提高半导体制冷用散热组件的散热效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明个实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种半导体制冷用散热组件，其特征在于，包括：
蒸发部件，用于热传导连接半导体制冷芯片的热端面，所述蒸发部件内部形成用于加热相变材料的蒸发腔体；
冷凝部件，具有多层散热板，所述散热板中形成有竖向布置的冷凝通道，所述冷凝通道的进气口与所述蒸发腔体的出气口连通，所述冷凝通道的出液口与所述蒸发腔体的进液口连通；
液态相变材料在所述蒸发腔体中加热蒸发形成气态相变材料并进入到所述冷凝通道中，气态相变材料在所述冷凝通道中受冷冷凝形成液态相变材料流回到所述蒸发腔体中；
其中，所述散热板包括两片压合在一起的导热片，两片所述导热片之间形成有多条并联设置的所述冷凝通道，相邻两条所述冷凝通道之间还设置有倾斜布置的连接通道；
另外，所述散热板上位于相邻两条所述冷凝通道之间还设置有导流翼片，所述导流翼片用于引导气流形成涡流；在相邻的两条所述冷凝通道之间的各个所述导流翼片而言，上下相邻的所述导流翼片相对倾斜布置。
2.根据权利要求1所述的半导体制冷用散热组件，其特征在于，所述蒸发部件包括导热基座，所述导热基座中形成有所述蒸发腔体，所述导热基座的上端部设置有所述出气口，所述导热基座的下端部设置有所述进液口。
3.根据权利要求2所述的半导体制冷用散热组件，其特征在于，所述导热基座在所述蒸发腔体中形成有流道凹槽，所述流道凹槽在所述出气口和所述进液口之间的方向上延伸。
4.根据权利要求2所述的半导体制冷用散热组件，其特征在于，所述导热基座上还设置有若干片翅片。
5.根据权利要求1所述的半导体制冷用散热组件，其特征在于，所述散热板冲孔形成有所述导流翼片，所述导流翼片分布在所述散热板的正反表面。
6.根据权利要求1-5任一所述的半导体制冷用散热组件，其特征在于，还包括散热箱体，所述散热箱体内部形成有依次连通的进风通道、散热腔体和出风通道，所述散热箱体上设置有连通所述进风通道的进风口，所述散热箱体上还设置有连通所述出风通道的出风口，所述蒸发部件和所述冷凝部件设置在所述散热腔体中，所述进风通道或所述出风通道中设置有贯流风机。
7.一种半导体制冷设备，包括半导体制冷芯片，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一所述的半导体制冷用散热组件；所述半导体制冷芯片设置在所述半导体制冷用散热组件的蒸发部件上。
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2018
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