热超导传热板及散热器的制作方法

[0001]
本实用新型涉及散热技术领域，特别是涉及一种热超导传热板及散热器。


背景技术：

[0002]
随着5g通讯技术的快速发展，功率元器件的集成度越来越高，功率密度也越来越大，传统铝材散热器已无法满足5g通讯基站设备的散热要求。
[0003]
热超导传热技术，包括在密闭的相互连通的微槽道系统内充装工作介质，通过工作介质的蒸发与冷凝相变实现热超导传热的相变传热技术；或通过控制密闭体系中工作介质微结构状态，即在传热过程中，液态介质的沸腾(或气态介质的冷凝)被抑制，并在此基础上达到工质微结构的一致性，而实现高效传热的相变抑制(pci)传热技术。由于热超导技术的快速导热特性，其当量导热系数可达4000w/m℃以上，可实现整个热超导传热板的均温。
[0004]
热超导翅片散热器是用热超导传热板作为散热翅片而组成的散热器，主要由散热器基板，设置在散热器基板上的多个热超导传热板组成，热源设置在散热器基板的另一平面上。热源的热量通过基板传导至多个散热翅片，再通过散热翅片将热量散发到周围环境中。由于热超导传热板为薄板结构，导热速率快、体积小、重量轻、翅片效率高，且翅片效率不随翅片的高度而变化，因此在5g基站设备散热上得到大量应用。
[0005]
目前在5g基站设备散热器上的热超导传热板，结构如图1、图2所示，多数采用六边形蜂窝状管路11结构，传热工质12的充装量一般小于六边形蜂窝状管路11的总容积。由于散热器是垂直安装使用，受重力的影响，传热工质12主要集中在热超导传热板的下部空间，当充装量过低时(如图1所示)，热超导传热板的上部会出现无工质的区域，在散热器上部的热源13的热量无法通过热超导传热板内部的传热工质来进行热传导，导致局部热源高温。为了解决上部热源13高温问题可增加传热工质12的充装量(如图2所示)，由于受重力影响而导致热超导传热板下部热源13启动时间长，底部热阻大，位于散热器上部的热源13温度较高，热超导传热板的上部与下部温差大，散热器效果变差等缺陷，且容易导致发热器件损坏。
[0006]
因此，如何解决局部热源高温、热超导传热板的上部与下部温差大、散热器效果差等问题，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

[0007]
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种热超导传热板及散热器，用于解决现有技术中局部热源高温、热超导传热板的上部与下部温差大、散热器效果差等问题。
[0008]
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种热超导传热板，所述热超导传热板至少包括：
[0009]
复合板式结构的导热板，所述导热板包括位于所述导热板一侧边缘的受热区域，位于所述导热板表面的至少两个冷凝散热区域及与各冷凝散热区域对应的隔离阻断区域；
[0010]
其中，各冷凝散热区域及各隔离阻断区域依次自上而下间隔排布，且各冷凝散热区域位于对应隔离阻断区域的上方；
[0011]
各冷凝散热区域的导热板中形成有散热管路，各冷凝散热区域的散热管路通过位于隔离阻断区域两侧的散热管路连接形成贯通的封闭管路，所述封闭管路内填充有传热工质；
[0012]
各隔离阻断区域的延伸方向与所述导热板的侧边斜交，且各隔离阻断区域临近所述受热区域的一端低于远离所述受热区域的一端。
[0013]
可选地，所述热超导传热板还包括设置于至少一冷凝散热区域中的非管路空白区域。
[0014]
更可选地，所述非管路空白区域远离所述受热区域一侧。
[0015]
可选地，各冷凝散热区域的散热管路的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个u形、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状或其中任意一种以上的任意组合。
[0016]
可选地，所述传热工质的充装量为所述封闭管路容积的20％～70％。
[0017]
可选地，所述受热区域的导热板为折边结构。
[0018]
更可选地，所述导热板为相变抑制散热板或相变散热板。
[0019]
更可选地，各冷凝散热区域的位置与各热源的安装位置对应；各隔离阻断区域的一下端不高于对应热源的下端，且不低于位于对应热源下方的热源的上端。
[0020]
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型还提供一种散热器，所述散热器至少包括：
[0021]
散热基板以及若干上述热超导传热板；
[0022]
所述散热基板的第一表面上设置有间隔排布的沟槽，各热超导传热板的受热区域一一对应插设于各沟槽内，且各热超导传热板沿垂直方向延伸；
[0023]
所述散热基板的第二表面上设置有热源贴设区域。
[0024]
可选地，所述散热基板内埋设有烧结芯热管。
[0025]
可选地，所述第一表面与所述第二表面相对设置。
[0026]
如上所述，本实用新型的热超导传热板及散热器，具有以下有益效果：
[0027]
本实用新型的热超导传热板在热源附近的高度上沿翅根到翅顶方向设置非管路的带有倾斜角度的隔离阻断区域，在隔离阻断区域以上部分的蒸汽冷凝后回流到隔离阻断区域，并在靠近热源附近形成一定量的液体累积；由此可解决因热源位置不同而导致的热量导不出而产生的高温现象。
[0028]
本实用新型的散热器采用上述热超导传热板，通过胶接、焊接、胀接和嵌齿等连接方式固定在散热基板上，组成用于通讯基站设备或供电设备的散热器，以解决多个发热功率器件的散热问题并避免出现局部高温现象，提高整个散热器的散热效率和散热能力。
附图说明
[0029]
图1显示为现有技术中的热超导传热板局部热源高温的原理示意图。
[0030]
图2显示为现有技术中的热超导传热板上部与下部温差大、散热效果的原理示意图。
[0031]
图3显示为本实用新型的热超导传热板的一种结构示意图。
[0032]
图4显示为本实用新型的热超导传热板的另一种结构示意图。
[0033]
图5显示为本实用新型实施例二的热超导传热板的局部放大结构示意图。
[0034]
图6显示为本实用新型的热超导传热板的又一种结构示意图。
[0035]
图7显示为本实用新型的散热器的结构示意图。
[0036]
图8显示为本实用新型的散热器中热超导传热板与散热基板连接的局部放大示意图。
[0037]
元件标号说明
[0038]
11
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六边形蜂窝状管路
[0039]
12
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传热工质
[0040]
13
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热源
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热超导传热板
[0042]
21
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导热板
[0043]
211
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受热区域
[0044]
212
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冷凝散热区域
[0045]
213
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隔离阻断区域
[0046]
213a
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主隔离阻断区域
[0047]
213b
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副隔离阻断区域
[0048]
214
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非管路空白区域
[0049]
22
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散热管路
[0050]
23
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传热工质
[0051]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
散热基板
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热源
[0053]
4a
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主热源
[0054]
4b
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副热源
具体实施方式
[0055]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0056]
请参阅图3～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0057]
实施例一
[0058]
如图3所示，本实施例提供一种热超导传热板2，所述热超导传热板2包括：
[0059]
导热板21，所述导热板21包括位于所述导热板21一侧边缘的受热区域211，位于所述导热板21表面的至少两个冷凝散热区域212及与各冷凝散热区域212对应的隔离阻断区
域213；其中，各冷凝散热区域212及各隔离阻断区域213依次自上而下间隔排布，各冷凝散热区域212位于对应隔离阻断区域213的上方；各冷凝散热区域212的导热板中形成有散热管路22，各冷凝散热区域212的散热管路22通过位于隔离阻断区域213两侧的散热管路连接形成贯通的封闭管路，所述封闭管路内填充有传热工质23；各隔离阻断区域213的延伸方向与所述导热板21的侧边斜交，且各隔离阻断区域213临近所述受热区域211的一端低于远离所述受热区域211的一端。
[0060]
如图3所示，所述导热板21为复合板式结构。所述导热板21包括至少两层板材，板材的数量可根据实际需要进行设置，在此不一一赘述。作为示例，所述导热板21基于热超导传热技术实现传热；一种热超导技术为在密封的相互连通的微槽道系统(即本实施例中所述的散热管路22)内充装所述传热工质，通过所述传热工质的蒸发或冷凝相变实现热超导传热的相变传热技术；另一种热超导技术为通过微槽道系统中所述传热工质微结构状态，即在传热过程中，液态的所述传热工质的沸腾(或气态的所述传热工质的冷凝)被抑制，并在此基础上达到所述传热工质微结构的一致性，而实现高效传热的相变抑制(pci)传热技术。
[0061]
如图3所示，所述导热板21的一侧边缘为受热区域211，在本实施例中，所述受热区域211位于所述导热板21的左侧边缘。作为示例，所述受热区域211为折边结构，在实际使用中，所述受热区域211的结构不限，能实现热传导即可。
[0062]
如图3所示，所述导热板21的表面上设置有冷凝散热区域212及隔离阻断区域213，所述冷凝散热区域212与所述隔离阻断区域213自上而下间隔排布，在本实施例中，包括两个冷凝散热区域212及两个隔离阻断区域213。
[0063]
具体地，所述冷凝散热区域212的导热板21中形成有散热管路22，所述散热管路22为所述复合板式结构中位于外侧的板材凸起形成的管道，所述散热管路22可采用单面吹胀或双面吹胀工艺制备，在此不一一赘述。所述冷凝散热区域212中散热管路22的形状包括但不限于六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个u形、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状或其中任意一种以上的任意组合，在本实施例中，采用六边形蜂窝状。作为示例，如图3所示，所述冷凝散热区域212在靠近所述受热区域211一侧的垂直方向上的长度覆盖(位置对应且长度数值大)或基本覆盖(位置基本对应且长度数值大)对应热源4(所述热源用于说明本实施例的热超导传热板的原理，不包括在热超导传热板中)所在区域在垂直方向上的长度。
[0064]
具体地，所述隔离阻断区域213设置于对应冷凝散热区域212的下方，所述隔离阻断区域213用于阻断所述散热管路22之间的上下连接，需要说明的是，所述隔离阻断区域213并不是完全阻断所述散热管路22的连接，不同冷凝散热区域212中的散热管路仍能通过所述隔离阻断区域213两端的管路实现连接。作为示例，所述隔离阻断区域213沿左右方向延伸，呈条状结构，且所述隔离阻断区域213从左往右依次向上倾斜，由此可使得所述隔离阻断区域213上方的冷凝散热区域212依势得到倾斜的下端面，进而使传热工质23回流到热源4附近；作为示例，所述隔离阻断区域213还可以包括多个条状结构，由此可提供多条回流路径，各条状结构的倾斜方向一致。作为示例，如图3所示，所述隔离阻断区域213的一下端(位于左侧的最下端)不高于对应热源的下端，且不低于位于对应热源下方的热源的上端。
[0065]
如图3所示，所述传热工质23设置于所述散热管路22中，作为示例，所述传热工质
23的充装量为所述封闭管路容积的20％～70％，本实施例中，所述传热工质23的充装量为所述封闭管路容积的45％，在实际使用中，可根据实际需要设置所述传热工质23的充装量。作为示例，所述传热工质23为流体，优选地，所述传热工质23可以为气体或液体或气体与液体的混合物，更为优选地，本实施例中，所述传热工质23为液体与气体的混合物。
[0066]
本实施例的热超导传热板在热源4的高度位置下端附近设置倾斜的非管路隔离阻断区域213，将热超导传热板上的散热管路23隔开分成几个区域，各区域的散热管路23通过在外侧的2个管路相互连通。工作时，即使传热工质23充填量相对较少，热源4开始输入热量，下部的热源4将热量传导至热源附件的传热工质23，受热后发生相变而汽化，变成蒸汽向上并通过两侧管路进入上部散热管路23区域，与外部进行热交换后冷凝成液体。上部的冷凝液体首先经过上部的隔离阻断区域213的隔断，沿内部倾斜管路流向上部热源4附近，因上部热源4温度较高，热源附近的冷凝液体蒸发又变成气体向上流动，在上部的冷凝散热区域212进行散热冷凝，如此循环从而源源不断将热量传导至热超导传热板各处散掉，冷凝液体在上部冷凝散热区域212内参与相变导热循环；多余的液体会通过上部的隔离阻断区域213两侧管路流向下部。下部的热源4加热蒸发后的气体，在下部冷凝散热区域212内冷凝并流回到下部热源4附近的散热管路23内参加继续蒸发与冷凝的导热循环，当下部热量较大时，产生的蒸汽较多，相应气相的压力较大，多余的蒸汽沿上部隔离阻断区域213两侧管路进入上部冷凝散热区域212，保持整个板面上温度和散热的均衡与均温。
[0067]
实施例二
[0068]
如图4及图5所示，本实施例提供一种热超导传热板2，与实施例一的不同之处在于，所述热超导传热板还包括设置于至少一冷凝散热区域212中的非管路空白区域214。
[0069]
具体地，如图4所示，在本实施例中，所述非管路空白区域214设置于各冷凝散热区域212中，在实际使用中，所述非管路空白区域214可择一冷凝散热区域212进行设置，不以本实施例为限。
[0070]
由此可减少所述散热管路23的设置，进一步减少热超导传热板2内部传热工质的充填量，降低成本，同时加快热超导板的启动速率。
[0071]
作为示例，所述非管路空白区域214呈块状结构，且垂直方向上的长度大于水平方向上的长度。所述非管路空白区域214也可呈条状结构，垂直方向上的长度小于水平方向上的长度，在此不一一赘述。
[0072]
作为示例，所述非管路空白区域214远离所述受热区域21一侧，由此可确保所述传热工质23累计于靠近热源4的一侧，进而提高散热效率。
[0073]
如图5所示，传热工质23受热发生相变而汽化，变成蒸汽后通过冷凝散热区域212左侧(靠近热源一侧)的散热管路23向上流动，冷凝后通过冷凝散热区域212右侧(远离热源一侧)的散热管路23向下回流，并沿内部倾斜管路流向热源附近。其它原理与实施例一相同，在此不一一赘述。
[0074]
实施例三
[0075]
如图6所示，本实施例提供一种热超导传热板2，与实施例一的不同之处在于，所述热超导传热板用于多个热源的情况。
[0076]
具体地，如图6所示，在本实施例中，沿高度方向上设有4个热源，其中，中间两个热源4为功率较大的主热源4a，上下两个热源为功率相对较小的副热源4b。在主热源4a和副热
源4b对应高度位置的下端分别设有倾斜的主隔离阻断区域213a和副隔离阻断区域213b。其中，主隔离阻断区域213a的面积大于副隔离阻断区域213b，可实现在不同高度上的发热功率器件附近均有液体传热工质，依靠传热工质的蒸发与冷凝相变快速导热，将热源的热量导出并散掉。
[0077]
具体地，如图6所示，在本实施例中，位于下侧的三个热源对应的冷凝散热区域212中设置有非管路空白区域214，所述非管路空白区域214的面积小于实施例二中非管路空白区域214的面积。
[0078]
需要说明的是，可根据热源的不同数量及不同位置设置本实用新型的热超导传热板中冷凝散热区域212、隔离阻断区域213、非管路空白区域214的位置，本领域的技术人员可基于本实用新型记载的内容根据实际需要进行适应性调整，在此不一一赘述。
[0079]
实施例四
[0080]
如图7及图8所示，本实用新型提供一种散热器，所述散热器包括：
[0081]
散热基板3以及若干上述热超导传热板2，所述散热基板3的第一表面上设置有间隔排布的沟槽，各热超导传热板2的受热区域一一对应插设于各沟槽内，且各热超导传热板沿垂直方向延伸；所述散热基板3的第二表面上设置有热源贴设区域。
[0082]
具体地，在本实施例中，所述散热基板3为扁平结构，所述散热基板3的第一个表面设置有用于插设各热超导传热板2的沟槽(图中未显示)，第二表面上设置有用于安装发热器件的热源贴设区域。作为示例，所述第一表面与所述第二表面相对设置。所述发热器件包括但不限于功率器件。各沟槽在所述散热基板3的表面沿第一方向延伸，沿第二方向间隔排布，所述第一方向与所述第二方向垂直；在本实施例中，各沟槽与所述散热基板3的表面相垂直，在实际使用中，各沟槽也可相较于所述散热基板3的表面倾斜一定的角度，垂直仅用于表示方向趋势，并不意味着严格意义上的与水平面呈90
°
夹角，不以本实施例为限。
[0083]
作为示例，所述散热基板3内埋设有烧结芯热管(未示出)。所述烧结芯热管为由一定目数的金属粉末烧结在一金属管的内壁上而形成的与管壁一体的烧结粉末管芯，烧结于所述金属管内部上的金属粉末形成吸液芯毛细结构，使得所述烧结芯热管具有较高的毛细抽吸力，使所述烧结芯热管的导热方向不受重力的影响，且烧结吸液芯毛细结构强化了蒸发吸热和冷凝放热，较大地提高了热管的导热能力和传输功率，使得所述烧结芯热管具有较大的轴向当量导热系数(是铜的几百倍到上千倍)。在所述散热基板3内埋设所述烧结芯热管，可以使得设置于所述散热基板3表面的发热器件产生的热量快速扩散至所述散热基板3的其他位置，使得所述散热基板3上热分布比较均匀，有效地提高了散热器的散热效率和散热能力。
[0084]
具体地，各热超导传热板2的受热区域211垂直(也可具有一定倾角，不以本实施例为限)插入至所述沟槽内，且各热超导传热板2通过机械挤压工艺、导热胶粘结工艺或钎焊焊接工艺于所述散热器基板3固定连接，并尽量增加结合强度，减小结合热阻，提高散热器的散热能力和效率。
[0085]
本实施例中所述的散热器的工作原理为：位于所述散热器基板3表面的热源工作时产生的热量经由所述烧结芯热管迅速传到至整个所述散热器基板3，所述散热器基板3将热量快速传导至各热超导传热板2，各热超导传热板2内的所述散热管路22中的所述传热工质将热量迅速传到至整个热超导传热板2的表面，再由流经热超导传热板2间隙的空气流将
热量带走。各热超导传热板2的工作原理在此不一一赘述。
[0086]
综上所述，本实用新型提供一种热超导传热板及散热器，包括：散热基板以及若干热超导传热板。热超导传热板包括复合板式结构的导热板，所述导热板包括位于所述导热板一侧边缘的受热区域，位于所述导热板表面的至少两个冷凝散热区域及与各冷凝散热区域对应的隔离阻断区域；其中，各冷凝散热区域及各隔离阻断区域依次自上而下间隔排布，且各冷凝散热区域位于对应隔离阻断区域的上方；各冷凝散热区域的导热板中形成有散热管路，各冷凝散热区域的散热管路通过位于隔离阻断区域两侧的散热管路连接形成贯通的封闭管路，所述封闭管路内填充有传热工质；各隔离阻断区域的延伸方向与所述导热板的侧边斜交，且各隔离阻断区域临近所述受热区域的一端低于远离所述受热区域的一端。本实用新型的热超导传热板在热源附近的高度上沿翅根到翅顶方向设置非管路的带有倾斜角度的隔离阻断区域，在隔离阻断区域以上部分的蒸汽冷凝后回流到隔离阻断区域，并在靠近热源附近形成一定量的液体累积；由此可解决因热源位置不同而导致的热量导不出而产生的高温现象。本实用新型的散热器采用上述热超导传热板，通过胶接、焊接、胀接和嵌齿等连接方式固定在散热基板上，组成用于通讯基站设备或供电设备的散热器，以解决多个发热功率器件的散热问题并避免出现局部高温现象，提高整个散热器的散热效率和散热能力。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0087]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。