专利名称：微槽群复合相变散热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热器，尤其涉及一种将取热与散热相结合的功率电子设备的散热器。
背景技术：
现代功率电子设备正在迅速地向高集成度、高密度组装、高运行速度方向发展。作为功率电子设备的核心芯片，其工作频率越来越快，消耗的功率越来越大，发出的热量也越来越多。若器件的散热能力不强，则功率的散耗就会造成器件内部芯片有源区温度上升及结温的升高。元器件的失效率与其结温呈指数关系，性能则随结温的升高而降低。器件的工作温度每升高10°c，其失效率增加I倍。
目前功率电子设备常用的散热技术有风冷、水冷、翅片散热等，这些技术均存在一些问题，如风冷散热器，虽然其散热方式最简单、最直接、成本最低，但是散热器工作时噪声大、易受灰尘干扰且寿命短。水冷散热器虽然散热效果较好，但是成本非常高。翅片散热器单一的散热过程，即通过翅片散热，普遍存在散热不均匀、散热效率低、寿命短和维护成本闻等问题。发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有散热器的不足，提供了一种将取热与散热相结合的微槽群复合相变散热器，解决了现有散热器普遍存在的散热不均匀、散热效率低、功率电子设备寿命短的问题。
本发明的技术方案是提供一种微槽群复合相变散热器，其特征是，包括相对设置的散热面和冷凝面，散热面和冷凝面由一侧围板连接，构成一封闭的内腔，
所述内腔中，设置多根连接所述散热面和冷凝面的输送管路；
位于所述内腔中的散热面上设置有由多条微米数量级的微槽道构成的微槽群结构，用于容纳取热介质；
所述内腔中，在输送管路之间的空隙中填充多孔芯体材料；
所述输送管路与所述冷凝面接触的一端为通孔，可容纳在冷凝面上液化的取热介质从输送管路中流出进入多孔芯体材料中。
所述内腔中，靠近所述散热面与冷凝面的一侧还设置有基板，所述基板上设置有可容纳所述输送管路通过的避让孔，所述基板上还设置有多个通孔，用于容纳液化的取热介质在多孔芯体材料的毛细材料力作用下流回到所述微槽群结构中。
所述基板与所述散热面上的微槽群结构之间的距离为1mm。
所述微槽群结构利用激光束加工而成。
所述侧围板外垂直于侧围板设置多条肋片。
所述多孔芯体材料中具有可以增加工作流体的流速的通孔。
所述输送管路为细长的直径为毫米数量级的金属管。
所述输送管路为铜管。
所述散热面冷凝面和侧围板采用铝合金材料。
所述取热介质为液体，其沸点不小于功率电子设备正常工作温度值，或通过对内腔中的压强进行调整，使取热介质的沸点不小于功率电子设备正常工作时的温度值。
本发明所达到的有益效果:
1、超导热能力:本发明具有超导热能力，其导热能力远远高于铝基板，微槽群复合相变技术能把功率电子设备芯片的热量及时送到散热的翅片部位。
本发明导热系数大于IO6W/(m*°C)。用铜棒实验验证本发明的导热能力。铜是优良导体，也是优良导热体，它的导热系数约为400W/ (m.°C ) ο用一根长60cm、直径1.3cm的实心铜棒在100°C工作温度下输送200W的热能量，铜棒两端温度差高达70°C ;用上述铜棒重量的一半做成微槽群复合相变技术取热器，能在100°C工作温度下输送200W的热能量，热输送距离也是60cm远，其温度只降了 0.5°C，实验表明微槽群复合相变技术具有超导热能力。
2、冷却能力超强:取热热流密度已达400W Cm2.s)，比水冷高1000倍，比热管高约100倍。取热能力比强制水冷高100倍，比强制风冷高1000倍。
3、无功耗冷却:被动式散热，无需风扇或水泵，无冷却能耗，无动力运行，节约能源。微槽群复合相变散热器巧妙利用大功率电力电子器件发热的能量使取热介质蒸发产生动能和势能，蒸气流动到冷凝器放热冷凝成液体，借助取热器微槽群的毛细力和液体重力回流到与大功率电力电子器件紧贴的取热器，从而实现无外加动力的闭式散热循环。
4、重量轻、体积小:重量不到现有散热器的25%，体积可减小到20%以下。
5、可靠性高:装置简洁紧凑，工作稳定，无启动问题，可靠性远高于风扇、水冷和热管散热器。
6、成本低、环保:产品成本小于风扇、水冷和热管的散热器。取热介质环境友好,量少无消耗。
图1是本发明立体结构示意图2是本发明横向剖视图3是本发明翅片俯视图4是本发明内部散热剖视图5是本发明内部散热俯视图6是本发明单根热管立体结构图7是本发明微槽群结构上方基板示意图8是微槽群结构放大1000倍示意图中:
图中，散热面I ;内腔中的散热面11 ;外表面12 ;冷凝面2 ;侦_板3 ;内腔4 ;输送管路5 ;蒸发段51 ;冷凝段52 ;微槽道6 ;基板7 ;圆孔71 ;圆通孔72 ;肋片8 ;多空芯体材料9。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-图8所示，本发明的散热器包括相对设置的散热面和冷凝面，散热面I和冷凝面2由一侧围板3连接，构成一封闭的内腔4。内腔4中，设置多根连接输送管路5 ;位于内腔中的散热面11上设置有由多条微米数量级的微槽道6构成的微槽群结构，用于容纳取热介质。内腔4中，在输送管路5之间的空隙中填充多孔芯体材料。输送管路5与冷凝面2接触的一端具有通孔，可容纳在冷凝面2上液化的取热介质从输送管路5中流出进入冷凝面上的微槽道，进而流入多孔芯体材料9中。
用于取热的散热面:功率电子设备芯片通过螺钉紧紧固定贴在散热器散热面I的外表面12，散热器内腔中的散热面11上加工了许多微米数量级的微槽道6构成的微槽群结构，微槽群结构把密闭循环的取热介质(取热介质可为水)变为微米数量级的水膜，水膜越薄，则遇热蒸发能力越强，潜热交换能力也就越强，大功率器件产生的热量被蒸汽带走。
用于冷凝的冷凝面2:热蒸汽的密度小于冷空气上浮进入热管的蒸发段，由于在热管范围外部空隙中均充满有多孔芯体材料9，气体只能通过热管的蒸发段经冷凝段段流向散热器的冷凝面。热蒸汽在散热器的冷凝面液化成液体，液体经热管顶端的通孔流到散热器内部多孔芯体材料中，在多孔芯体材料9的毛细材料力作用下经基板7直径较大的圆孔71重新流回到微槽群结构中。
椭圆状散热器边缘设置众多肋片8，肋片一般都能强化传热面，作为二次传热面，不仅能扩大传热面积，而且能促进流体的扰动，增强散热器的散热能力。
取热介质:为了保证功率电子设备可以正常工作，取热介质的沸点低于功率电子设备正常工作时的温度。功率电子设备在使用过程中温度不断升高，当温度升高到取热介质沸点时，取热介质蒸发取热，将功率电子设备的热量通过热管传递到冷凝器，热蒸汽受到冷却液化成液体，在毛细材料力的作用下重新流回到微槽。
输送管路5即热管:输送管路两端分别连接散热面和冷凝面，依赖微槽道内取热介质蒸发和冷凝的相变过程传递冷、热流体间的热量。当散热面受热时，微槽道内的取热介质蒸发，通过热管的蒸发段、冷凝段流向冷凝面，蒸汽受到冷却凝结成液体，液体沿多孔材料9靠毛细材料力的作用流回到微槽道中，如此循环往复。
散热器参数计算:
I)相变热
本发明的结构一旦制成，内部的压强就恒定。在热力学中，吉布斯自由能是描述物质系统等温、等压过程的一个重要参数，其表达式为:
(Δ(7 = Al/ - JAS + P V = AH- 'JAS[AH = AU + pV⑴
式⑴中，AG是吉布斯自由能变化值，AU是系统的内能变化值，T是温度，S是熵，P是压强，V是体积，Λ H是焓变，Δ S是熵变。
相变过程中，温度等于取热介质沸点时，系统处于平衡状态，即AG=O,物质系统的熵变表达式:
权利要求
1.一种微槽群复合相变散热器，其特征是，包括相对设置的散热面和冷凝面，散热面和冷凝面由一侧围板连接，构成一封闭的内腔， 所述内腔中，设置多根连接所述散热面和冷凝面的输送管路； 位于所述内腔中的散热面上设置有由多条微米数量级的微槽道构成的微槽群结构，用于容纳取热介质； 所述内腔中，在输送管路之间的空隙中填充多孔芯体材料； 所述输送管路与所述冷凝面接触的一端具有多条缝隙，可容纳在冷凝面上液化的取热介质从输送管路中流出进入多孔芯体材料中。
2.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述内腔中，靠近所述散热面的一侧还设置有基板，所述基板上设置有可容纳所述输送管路通过的避让孔，所述基板上还设置有多个通孔，用于容纳液化的取热介质在多孔芯体材料的毛细材料力作用下流回到所述微槽群结构中。
3.根据权利要求2所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述基板与所述散热面上的微槽群结构之间的距离为1mm。
4.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述微槽群结构利用激光束加工而成。
5.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述侧围板外垂直于侧围板设置多条肋片。
6.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述多孔芯体材料中具有可以增加工作流体的流速的通孔。
7.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述输送管路为细长的直径为毫米数量级的金属管。
8.根据权利要求1或7所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述输送管路为铜管。
9.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述散热面冷凝面和侧围板采用铝合金材料。
10.根据权利要求1所述的微槽群复合相变散热器，其特征是，所述取热介质为液体，其沸点不小于功率电子设备正常工作温度值，或通过对内腔中的压强进行调整，使取热介质的沸点不小于功率电子设备正常工作时的温度值。
全文摘要
本发明公开了一种微槽群复合相变散热器，包括相对设置的散热面和冷凝面，散热面和冷凝面由一侧围板连接，构成一封闭的内腔，内腔中，设置多根连接所述散热面和冷凝面的输送管路；位于内腔中的散热面上设置有由多条微米数量级的微槽道构成的微槽群结构，用于容纳取热介质；内腔中，在输送管路之间的空隙中填充多孔芯体材料；输送管路与冷凝面接触的一端具有多条缝隙，可容纳在冷凝面上液化的取热介质从输送管路中流出进入多孔芯体材料中。本发明具有超导热能力，微槽群复合相变技术能把功率电子设备芯片的热量及时送到散热的翅片部位；冷却能力强，无冷却能耗，无动力运行，节约能源；整体重量轻、体积小，工作稳定，可靠性高，成本低、环保。
文档编号H01L23/367GK103165547SQ20131011157
公开日2013年6月19日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者张梦妮, 陈秉岩, 韩燕 , 高莹, 张福章, 周国华, 刘浩, 童丽, 费峻涛, 朱昌平 申请人:河海大学常州校区, 常州市良久机械制造有限公司