专利名称：多蒸发器热管辅助的散热器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热器，所述散热器具有至少包含热管的蒸发器部分的基板以及逸散热量以使冷却介质将在所述热管的冷凝器部分中凝结的散热片。
背景技术：
诸如计算机中的高功率CPU的元件会产生必须要移除的热量，以使元件不会过热和发生故障。为此，这种元件设有铜盖，散热器利用安装硬件被固定到所述铜盖上，其中所述安装硬件与所述元件被安装至其上的PCB或其它基板接合。所述盖通常具有10至25平方毫米的产生80-150瓦或更大热量的热点。散热器通常包括基板，所述基板具有抵靠铜盖固定在元件上的底面、以及具有将热量逸散到可以循环的周围空气的散热片的上表面。
高效率的散热器包括至少具有一部分嵌在散热器的基板内的热管；“热管”术语指的是含有呈现出液态和气态两态的工作流体(例如水)的封闭管。热管的一部分被置于热点上方，从而用作蒸发器，而远离蒸发器的一部分用作使液体返回蒸发器的冷凝器。蒸发及冷凝会有效地冷却元件，直到热负载变得很大而使工作流体与冷凝流体可以返回到蒸发器相比蒸发得更快，蒸发器在该点处“变干”。当蒸发器变干时，温度随着增加的功率的增量大约为比达到变干点之前更大的量值。移动热量的过程实质上被简化成通过薄壁管进行传导。
具有整个嵌入基板内的热管的散热器最适于短散热片高度。热管优选地被压入基板底部中的通道内且被加工成齐平，使得热管呈现出平坦的表面以提供自元件上的热点的良好热传导。具有依此方式形成的管道的液体冷却的散热器在美国专利第5,829,516号中披露。例如，在热点上方配置成联锁U形的具有相邻的内侧臂的多个热管以远高于基板材料的速率将热量输送到外侧臂中的冷凝器部分。例如，还已知的是具有多个蒸发器的单一热管，其形状为心形，所述热管具有用作蒸发器的大体平行的端部以及用于冷凝器的外侧回路，并且“图形8”形成有通过在所述端部之间延伸的中间部分相连的两个回路。
塔式散热器采用具有容纳“L”或“U”形热管的蒸发器部分的通道的基板，其中所述热管具有将垂直于基部的热量运送到水平的散热片叠列内的竖直冷凝器部分。这尤其对高散热器(3″+)有效。对于较短的散热器，热管的弯折半径上的散热片提供散热片区域的重要部分，并且会对至散热片的热传导产生不利影响。这是因必须在散热片中提供不同的孔间距或者提供在弯折半径处仅与热管的一侧接触的槽缝而造成。由于安装硬件的定位与热管的最佳位置之间的冲突，这种类型的散热器也难于设计。
散热器还已设计有“U”形热管，所述热管具有用作嵌在基板内的蒸发器的一个臂部、以及环绕进从基板竖起的垂直散热片结构中的另一臂部。主要的缺点在于U的弯折或弯曲部必须位于散热片外部，或者被放置在散热片中的大凹口内。这种类型的散热器被美国专利第6,189,601号披露。
发明内容
根据本发明，热管形成为回路，所述回路具有从所述基板竖起的冷凝器部分、以及形成与所述基板热接触并平行于所述基板延伸的一对蒸发器部分的一对端部。散热片与所述冷凝器部分热接触，并且大体平行于所述基板延伸。
根据一个实施例，所述基板形成有在所述散热器的上表面与底面之间延伸的一对平行的基部通道以及位于所述通道之间的竖直壁，所述结构具有倒转的“T”形轮廓。所述基部通道容纳蒸发器，使得所述蒸发器与所述基板的底面齐平，并且所述冷凝器部分被容纳在所述竖直壁中的通道内，所述散热片被固定到所述竖直壁的两侧。由于所述散热片与从水平基部竖起的垂直散热片相比相对较短，因此传热效率很高且可以使用铝制散热片，从而减少重量和成本。
根据竖直壁实施例的一个构造，所述基板形成为两个完全相同的L形构件，各所述构件具有基部和竖直部，所述竖直部被固定在一起以形成所述竖直壁，所述基部形成所述基板。各所述竖直部形成有竖直通道部分，所述竖直通道部分形成为捕获所述热管的所述冷凝器部分的槽。所述L形构件可以为锌或铝铸件，从而再次减少重量及成本。铝制散热片可以用环氧树脂粘合到所述竖直壁。
根据本发明的散热器中的单个热管作用如两个或三个热管。不同于具有一个蒸发器和两个冷凝器的U形热管，具有创造性的热管具有多个蒸发器和一个或更多个成环形的冷凝器部分。由于具有多条路径供冷凝物返回到来源处，因此所述热管在功率提高的条件下或者相对于重力不受欢迎的取向下较不可能变干。
概括而言，根据本发明的散热器相对于现有技术会提供以下优点对于高度大于宽度的散热器可以改进由于低散热器效率而造成的不良性能；由于较短散热片的高传热效率，通过使用铝来代替铜可以显著减小所述散热器的散热片结构的质量；由于多个蒸发器的良好覆盖，通过使用铝来代替铜可以减小所述基部结构的质量；通过使用铝或锌铸件可以减少成本。在来源上方使用多个蒸发器会补偿铸铝的不良热性质；通过水平的散热片结构可以使安装硬件上所移除的散热片区域减至最小；由于自所述冷凝器有多条返回路径，对于多个取向会改进使所述热管变干(即，无法进行操作)的瓦数。
本发明的其它目的和特征从结合附图考虑的以下详细说明将变得清楚。然而，要理解的是图示仅被设计用于说明目的而不作为对本发明限制的限定，因此应该参考随附的权利要求。应该进一步理解的是，除非另外指出，否则图示不必按规定比例画出，图示仅是为了概念性地说明在此所述的结构和步骤。
图1是基板和形成回路的热管的分解透视图；图2是具有位于所述回路一侧的散热片的由图1的基板和热管构成的散热器的底部透视图；图3是T形基板和框架的分解透视图，基板具有带有装配至其的热管的竖直壁；图4是具有环绕竖直壁的散热片的图3的散热器的端视图；图5是图3的散热器的透视图；图6是形成一部分基板和竖直壁的单个L形构件的透视图；以及图7是由一对L形构件构成的散热器的底部透视图。
具体实施例方式
图1和图2显示根据本发明的散热器的简单实施例，所述散热器包括热管10、基板20和散热片30(图2)。热管10形成为具有竖直的冷凝器部分12以及用作蒸发器的一对相对端部14、15的环形。基板20具有顶面21、底面22、一对基部通道24，25、以及用于将散热器安装到PCB或其它支承件的安装孔23，其中所述基部通道的形式为在面21、22之间延伸的平行槽缝。热管10的端部14、15被容纳在各通道24、25内，使得所述端部与底面22齐平，从而可以被容纳成直接抵靠要冷却的元件，由此用作蒸发器。为了增加蒸发器与元件的接触面积，端部14、15优选地变形或被加工成对元件呈现平坦的表面。为了使散热器与其上安装有元件(图中未示)的PCB或类似装置隔开，基板20的底面22还可以设有位于孔23上的管状支架(standoff)。
散热片30通过焊料或环氧树脂直接被连接到冷凝器部分12，并且可以为折叠状散热片的形式，即，以180度的弯折前后折叠的铜片或铝片。在使用折叠状散热片的情况下，所述散热片可以如美国专利第6,688,380号中所披露变形而抵靠冷凝器部分。而散热片在图2中仅在冷凝器的一侧示出，这仅是为了清楚呈现。优选地，散热片在制成的散热器中将呈现在冷凝器的两侧。凹口32用以获取容纳在孔23内的安装硬件。
图3显示装配到具有竖直壁26的基板20的热管10，其中所述竖直壁具有轮廓形成为用于将一半冷凝器12容纳在所述壁部的一侧并将冷凝器引导至所述壁部的另一侧的竖直通道27。除了在通道24、25中与在壁部26中的通道27中的蒸发器部分14、15之间的过渡之外，热管10与壁面大体齐平，并且可以变形或被加工成提供平坦的表面，用以改进与散热片30的边缘的接触(图4和图5)。
从导热性和可焊性的观点来看，铜是用于基板20的优选材料。在需要增加安装面积的情况下，基板20可以被堆叠在铝制安装框架28内或以其它方式固定在所述框架内。在不必使热传导最佳化的情况下，基板可以由铝制成且包含安装孔，使得安装框架28并不是必需的。
如图4中所示，散热片30在竖直壁26的两侧延伸，并且与从传统散热器垂直延伸的散热片相比相对较短。由于对于较短的散热片可以不必具有最佳的导热性，因此散热片可以由铝制成以减少重量及成本。可以通过具有容纳竖直壁的矩形槽缝的单片来设置各层散热片，并且下部散热片中的凹口用于容纳热管的过渡部分。可供选择地，在壁部延伸到基板边缘的情况下，各层散热片可以被设置成固定到壁部的相对侧的一对分开的散热片。
图5为图3的散热器的透视图。用螺丝刀(举例而言)仅通过用于获取硬件的小进入孔33就可以将安装硬件放置在上层散热片下方的凹口32中，所述散热片具有用于逸散热量的最大表面积。
图6显示L形构件40，所述L形构件具有设有基部通道43和一体化的支架46的基部42、以及具有竖直通道部分45的竖直壁部44。一对这种构件被装配在一起，使得竖直部分44形成竖直壁，而基部42形成基板。所述构件是完全相同的，一个构件上的固定栓(peg)48被容纳在另一构件上的孔49内。为了成本原因以及易于装配到预先形成的热管，构件40优选地被制造成铝或锌铸件。
图7显示使用图6的L形构件40的已制成的散热器，其中所述L形构件与热管10、容纳在通道部分45内的冷凝器部分(未示出)、容纳在各基部通道43内的端部14、15装配在一起。与图3中所示的一件式竖直壁26中的外部通道相对比，竖直的通道部分45通过两件式壁部优选地形成为将冷凝器夹在其之间的槽。因此，冷凝器大体被隐藏在连接有散热片30的竖直壁内。
因此，尽管随着应用于优选实施例中已示出及说明且指出了本发明的基本新特征，然而将会理解在不偏离本发明的本质的前提下，本领域普通技术人员可以对所说明的装置的形式和细节以及其操作进行各种删除、替换及变更。例如，清楚的目的是以大体相同的方式执行用于获得相同结果的大体相同的功能的元件和/或方法步骤的所有组合均在本发明的范围内。此外，应该认识到所显示和/或所说明的结构和/或元件和/或方法步骤连同任何所披露的形式或本发明的实施例可以并入任何其它的所披露或说明或建议的形式或实施例中作为设计选择。因此，意味着仅如随附权利要求的范围所表示受到限制。
权利要求
1.一种散热器，包括抵靠要冷却的元件装配的基板；形成为回路的热管，所述回路具有从所述基板竖起的冷凝器部分、以及形成与所述基板热接触且平行于所述基板延伸的一对蒸发器部分的一对端部；以及与所述冷凝器部分热接触的多个散热片，所述散热片大体平行于所述基板延伸。
2.根据权利要求1所述的散热器，其中所述基板包括容纳所述热管的所述蒸发器部分的至少一个通道。
3.根据权利要求2所述的散热器，其中所述至少一个通道包括穿过所述基板的至少一个孔，从而所述蒸发器部分直接邻接所述元件。
4.根据权利要求2所述的散热器，其中所述至少一个通道包括位于所述基板内的至少一个槽。
5.根据权利要求2所述的散热器，其中所述至少一个通道包括一对通道。
6.根据权利要求1所述的散热器，其中所述蒸发器部分大体平行。
7.根据权利要求1所述的散热器，进一步包括在所述蒸发器部分之间从所述基板竖起的竖直壁，所述竖直壁具有容纳所述冷凝器的竖直通道。
8.根据权利要求7所述的散热器，其中所述散热片被固定到所述竖直壁的至少一侧。
9.根据权利要求7所述的散热器，其中所述基板和所述竖直壁由铜制成。
10.根据权利要求9所述的散热器，进一步包括所述基板被装配到其内的周边铝框架。
11.根据权利要求7所述的散热器，其中所述基板和所述竖直壁由一对L形构件形成，各所述L形构件具有基部和竖直部分，所述竖直部分并列形成所述竖直壁，所述基部形成所述基板。
12.根据权利要求11所述的散热器，其中各所述基部形成有基部通道，各所述竖直部分形成有竖直通道部分，所述竖直通道部分形成所述竖直壁中的所述竖直通道，所述冷凝器部分被容纳于所述竖直通道部分内，所述蒸发器部分被容纳于各所述基部通道内。
13.根据权利要求12所述的散热器，其中所述竖直通道部分形成为所述竖直部分中的槽，所述冷凝器被收纳于所述竖直通道部分之间。
14.根据权利要求12所述的散热器，其中所述构件为相同的铸件。
15.根据权利要求14所述的散热器，其中所述铸件每一个均具有支柱和孔，一个构件的支柱被容纳于另一铸件的孔中。
16.根据权利要求12所述的散热器，其中所述热管的冷凝器部分变形为与所述竖直通道部分相一致。
全文摘要
一种散热器，包括抵靠要冷却的元件装配的基板；以及形成为回路的热管，所述回路具有从基板竖起的冷凝器部分、以及形成容纳在基板中的平行通道内的一对蒸发器部分的一对端部。在通道之间从基板竖起的壁部形成有使冷凝器部分大体容纳在壁部的轮廓内的竖直通道，使得多个水平散热片可以被固定到与冷凝器部分热接触的壁部。
文档编号F28D15/00GK1957222SQ200580016359
公开日2007年5月2日 申请日期2005年4月7日 优先权日2004年4月9日
发明者布拉德利·R·惠特尼 申请人:阿威德热合金有限公司