一种电子器件散热器的制作方法

本发明属于散热技术领域，具体涉及一种高效电子器件散热器，适用于各种类型的室外电子通信设备机柜中。

背景技术：

随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和集成电路的使用越来越广泛。电子产业的发展一直遵循着摩尔定律：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18～24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。因此电子器件芯片的功率不断增大，加之设备体积日益减小，导致设备单位表面热流密度不断增大，温度不断上升。随着温度的升高，当超过其额定值时，电子元件的失效率呈指数增长，相应地降低了设备的可靠性。为保证电子设备系统参数的稳定性，提高电子设备的工作性能和可靠性，就必需对设备进行热设计，使其工作温度低于额定温度。目前电子器件主要的冷却方式有主动式和被动式。一般来说，主动式散热量远大于被动式散热量，但是由于被动式散热具有无需供给能源、性能可靠稳定、安全性高、无噪音且制造成本较低等优点，越来越受到关注。并且，由于环境适应性要求，一些产品内部不允许安装风扇，且其外壳相对密封，通常是将集中热源安装在设备底部或机壳内侧，并借助散热肋片或翅片来增大散热面积，通过自然散热方式进行散热。

对于广泛用于通信、网络行业的自然散热模块，分析其从模块内部热源(发热元件)到外界环境的散热过程可知，模块外壳侧的散热热阻远大于模块内部的接触热阻以及导热、对流等环节热阻。外壳侧的散热则包括了自然对流散热和辐射散热，特别是其中的自然对流热阻极高(约占整个模块热阻的50％以上)，是制约模块散热能力提高的关键之所在。随着自然散热模块功耗水平的不断增加，如何充分降低自然散热模块外壳侧的热阻、增强模块散热能力，是降低模块温度水平的必然要求，也是保证自然散热模块正常稳定运行的前提。考虑到模块表面情况和温度水平限制，其辐射换热的强化和优化空间有限，所以自然散热模块的强化传热主要是要强化其外壳侧的自然对流散热能力，因此以往的研究者对此进行了大量的实验与数值模拟研究。目前应用于自然对流散热模块的翅片结构主要有平板翅片、波纹翅片以及百叶窗翅片。平板翅片具有加工方便，制造成本低，便于规模化生产等优点，但是对于生产实际中经常用到的竖直平板翅片而言，其上部分由于气流温度较高，换热温差变小，所以其散热能力也相应地恶化。除此之外，从场协同原理的观点来看(即对流传热强化的本质在于减小流场速度矢量和温度梯度之间的夹角，当流场的速度矢量和温度梯度夹角等于90°时，对流传热量等于零)竖直平板翅片上部分气流速度场与温度梯度之间的夹角接近90°，对流传热效果很差，因此导致竖直平板翅片上部分的温度较高，降低了电子器件工作的可靠性。波纹翅片与百叶窗翅片结构复杂、加工困难，流动阻力较大，且在实际生产中用到的竖直波纹翅片和百叶窗翅片的上部分也存在类似于竖直平板翅片中流场速度矢量和温度梯度之间协同性较差的缺点。鉴于此，目前通信设备的热设计已经成为制约电子通信行业新型技术发展的关键问题。因此，亟需开发一种能够显著降低通信设备机柜内部温度，提高电子器件工作可靠性的高效散热器。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能有效降低自然散热条件下室外机柜温度，从而达到延长电子器件寿命，提高电子器件可靠性的电子器件散热器。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：包括基板和设置在基板上的上部V型散热翅片和下部的竖直平板翅片构成，且在上部V型散热翅片上安装有顶盖。

所述的上部V型散热翅片的开口角度a为45°～90°。

所述的上部V型散热翅片的开口角度a＝60°。

所述的上部V型散热翅片间距b₂与所述下部竖直平板翅片的间距b3之比为0.75～1.25：1。

所述的上部V型散热翅片间距b₂与所述下部竖直平板翅片的间距b3之比为1：1。

所述的下部竖直平板翅片的长度从中间向两侧逐渐增大，与上部V型散热翅片最下端的一组V型翅片保持同等间距，呈对称分布。

所述的最外侧竖直平板翅片的长度L₃与基板1的长度L₁之比为0.1～0.47：1。

所述的最外侧竖直平板翅片的长度L₃与基板1的长度L₁之比为0.26：1。

所述的上部V型散热翅片两侧边缘分别设置有顶盖，其宽度d₄、d₅与基板宽度d₁之比为0.05～0.2：1。

所述的上部V型散热翅片两侧边缘分别设置有顶盖，其宽度d₄、d₅与基板宽度d₁之比为0.1：1。

在电子器件工作时产生的热量经由热管导到铝制平板上，铝制平板再与所述散热器的基板贴合，最后通过翅片和顶盖将热量导入到环境中去。本发明所述散热器翅片的尺寸以适应实际通信设备机柜的尺寸要求而变化，根据实际所需散热器基板面积和散热功率大小确定V型翅片在竖直方向的数量和竖直平板翅片在水平方向上的数量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明在基板上部采用V型翅片。所述上部V型翅片能够使环境中的新鲜冷空气从中间进入V型通道并向两边排出，增大了换热温差，同时流体速度场和温度场之间的协同性也明显得到了改善，从而克服了生产实际中经常用到的竖直平板翅片其上部分流体温度较高，换热温差较小以及流体速度场与温度梯度之间的夹角接近90°等因素导致的对流传热效果恶化、温度升高等缺点。

2)本发明在基板下部采用竖直平板翅片。所述竖直平板翅片有效保留了其流动阻力较小，在散热器下部换热效果较好以及加工方便，制造成本低等优点。

3)本发明在所述上部V型翅片边缘区域采用顶盖结构。所述上部V型翅片顶盖结构能够有效减小流体速度矢量和温度梯度之间的夹角，改善流体速度场和温度场之间的协同性，进一步强化所述散热器的散热效果。

4)以实际测量在电子器件功率为100W，外界环境温度为35℃时,基板平均温度与传统竖直平板翅片散热器相比，降低了5.3℃。

附图说明

下面结合附图所描述的实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的零部件示意图。

图3为本发明的尺寸示意图。

图4为本发明与传统竖直平板翅片结构散热器基板的温度分布对比图。

图中1、基板，2、上部V型散热翅片，3、竖直平板翅片，4、左侧V型翅片顶盖，5、右侧V型翅片顶盖。

具体实施方式

参见附图1和附图2，本发明包括基板1和设置在基板1上的上部V型散热翅片2和下部的竖直平板翅片3构成，所述的上部V型散热翅片2的开口角度a为45°～90°，优选的开口角度a＝60°；所述的上部V型散热翅片2间距b₂与所述下部竖直平板翅片3的间距b3之比为0.75～1.25：1，优选的为1：1；所述的下部竖直平板翅片3的长度从中间向两侧逐渐增大，与上部V型散热翅片2最下端的一组V型翅片保持同等间距，呈对称分布；所述的最外侧竖直平板翅片3的长度L₃与基板1的长度L₁之比为0.1～0.47：1，优选的为0.26：1，所述的上部V型散热翅片2两侧边缘分别设置有顶盖4、5，其宽度d₄、d₅与基板宽度d₁之比为0.05～0.2：1，优选的为0.1：1。

假设基板长度为355mm，基板宽度为210mm，基板厚度为3mm。对于上部V型翅片，开口角度为60°，翅片厚度1.8mm，翅片间距为11.2mm。对于下部竖直平板翅片，翅片厚度为1.8mm，翅片间距为11.2mm，最外侧翅片长度为92mm。对于上部V型翅片顶盖，设置在上部V型翅片边缘位置，宽度为20mm，厚度为1.8mm。5个测温点在基板上均匀布置。针对此结构参数，分别对传统竖直平板翅片散热器与本发明结构的换热与流动特性进行数值计算，同时对两种结构基板上的温度分布进行对比分析。采用上述高效电子器件散热器，与传统的竖直平板翅片散热器相比，5个测温点温度分布如图3所示。从图3可以看出，与传统的竖直平板翅片散热器相比，采用本发明结构，基板平均温度降低约5℃，显著强化对流换热。