专利名称：平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置的制作方法
技术领域：
平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置
(一) 技术领域
本实用新型为一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置，可 被用于电子元件冷却，采用此散热装置后能达到的有益效果(1)换热性能比 普通平行肋片式散热器高出28%以上；(2)显著减小了散热装置重量和体积， 约为普通平行肋片式散热器重量的25%。
(二) 背景技术
目前，平板式热管以其能以二维方式有效增加传热面积、均温性好、导热 系数高、传热迅速、热阻小、易于与多种散热器整合为散热模块的优点而曰益 收到推崇，被大量应用在芯片级散热设计上。平板式热管已有多种形式被提出， 但多是利用上下两平板形成一密闭空间，在两平板的内壁上烧结毛细组织，且 多以水为工质来做成平板式热管。然而，这种形式并不能很好的提高热管的传 热性能，不能有效克服因毛细力不足、流阻过大而产生的千化现象，以及提高 因加热量超过临界值而产生液膜导至加热面烧结的沸腾极限，且也不能有效解 决因热管制备时清洁与除气不净而产生的非凝结性气体。
传统的散热装置多采用肋片式散热器结合热管来制成散热装置，专利公开
号CN101141871A公开了一种与平板热管均热器一体化设计的散热装置，该装置 由风冷翅片式热沉与平板式热管上下焊接而成，该装胃虽能在一定程度上改善 整个散热装置的接触热阻，但其整个散热装置结构庞大，且其平板式热管设计 并不能很好的克服上述的干化现象、提高上述的沸腾极限，以及有效解决因热 管制备时清洁与除气不净而产生的非凝结性气体在平板式热管内工质循环问 题。
发明内容
因此，为解决上述问题，本实用新型提出了一种能显著提高平板式热管导 热性能、显著减小散热装置重量和体积，且使整个散热通路热阻更低的散热装 置。
根据本实用新型所述的一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热 装置，包括平板式热管、多孔介质散热器和风机，其散热原理是由平板式热 管对热源进行了热扩展，再利用多孔介质比表面积大、结构稳定，空气容易在 通孔型泡沫金属内形成漩涡和紊流的优点来增大了散热面积，以此减小了整个 装置热通路的热阻，扩展了热通道，并减小了散热装置的重量和体积。
上述的多孔介质散热器与平板式热管是通过一体成型来进一步减小了整个 装置的热阻，其成型过程为首先成型多孔介质散热器和平板式热管上板，再 与粉墨冶金网目、多孔介质支撑柱以及下板烧结和焊接。
上述的多孔介质和平板式热管为同一种材料，诸如都为铜或者铝，以利于 减小系统接触热阻和便于烧结和焊接。
上述的风机与平板式热管和多孔介质散热器组成一整体散热模块，使得整 个散热装置结构紧凑、易于制作、成本低廉、可靠性髙、装置重量轻、体积小， 且可使热源温度控制在允许的温升范围内。
根据本实用新型所述的一种平板式热管，包括一封闭壳体、工质、毛细组 织、以及多孔介质支撑结构。封闭壳体具有由上、下板及侧板焊接组成的空间， 且在上、下板及侧板内表面加工出连续相通的三角形或矩形的微槽道，以利于 使工质在毛细结构内的输送路径变短，并增加了蒸发/冷凝面积，也利于形成汽 化核心加怏气泡的形成和脱离速度，强化沸腾换热，且大量增加了闭合循环回 路；利用多孔介质材料做支撑柱，借以加强平板式热管结构强度，并提供毛细力使工质回流，且可进一步降低上下板的热阻；采用的粉墨冶金网目式毛细结
构与下板一起烧结，上板采用多孔介质为毛细结构，以此形成由下板毛细结构、 蒸汽腔、上板多孔介质毛细结构到上板冷凝区的蒸汽通道，以及由上板冷凝区、 上板多孔介质毛细结构、多孔介质支撑柱、下板毛细结构到下板蒸发区和由上 板冷凝区的微槽道、侧板微槽道到下板微槽道的工质回流通道，以此形成蒸汽 通道和工质回流流道各异的循环通道，并能使因热管制备时清洁与除气不净而 产生的非凝结性气体被毛细力和蒸汽压力推动而伴随整个循环通道循环，并有 效克服因毛细力不足、流阻过大而产生的干化现象，以及提高因加热量超过临
界值而产生液膜导至加热面烧结的沸腾极限；工质采用纳米颗粒悬浮液，以强 化核态沸腾传热，并选用与之匹配的下板粉墨冶金网目结构、多孔介质支撑柱 以及上板多孔介质以增强毛细力。
本实用新型所述的纳米颗粒悬浮液的制备是先中气体冷凝法、化学合成法 等方法制成纳米颗粒；再按体积浓度低于5%由纯水与铜纳米颗粒经过超声波振 荡、混合室高速旋转以及添加分散剂、改变悬浮液PH值等方法，提高悬浮液稳 定性，也可添加表面活性剂来强化沸腾换热。所述的多孔介质的制作方式是利用 注入一惰性气体于一熔融态金属中经冷却后形成，或者利用溅镀或涂布一金属 于一多孔性海绵组织上，再除去多孔性海绵组织后形成。
本实用新型所述的一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装 置，首先通过平板式热管对热源进行了热扩展，利用多孔介质散热器(泡沬金 属)增大了散热面积，减小了散热器的重量和体积；多孔介质散热器与平板式 热管一体成型并采用同一种材料来减小系统接触热阻；通过改进平板式热管提 高了其导热性能，减小了系统热通路的热阻，扩展了热通道。最后根据平板式 热管和多孔介质散热器的换热性能和流阻特性对风机选型，进而组成一整体散热模块，整个散热装置结构紧凑、易于制作、成本低廉、可靠性高、装置重量 轻、体积小，且可使热源温度控制在允许的温升范围内。
为了便于深入了解本实用新型的结构内容以及所能达成有益效果，下面结 合附图和具体实施对本实用新型作进一步详细说明。
(四)
图l为本实用新型的示意图。
图2为本实用新型平板式热管的剖视图。
图3为本实用新型的多孔介质支撑柱示意图。
图4为本实用新型的下板粉墨冶金网目式毛细结构示意图。 图5为本实用新型的上板多孔介质毛细结构。 图6为本实用新型的上板和下板主视图。
附图标识风机l、多孔介质散热器2、上板3、侧板4、下板5、多孔介质 支撑柱6、上板多孔介质毛细结构7、下板粉墨冶金网目式毛细结构8、热源9、 蒸汽室10。
具体实施方式
在图l、 2中，本实用新型公开了一种平板式热管及其与多孔介质一体化设 计的散热装置，包括平板热管，风机l，多孔介质散热器2和热源9，其中平板 热管由上板3、侧板4、下板5、多孔介质支撑柱6、上板多孔介质毛细结构7、 下板粉墨冶金网目式毛细结构8、蒸汽室10组成，整个散热装置首先由平板式 热管对热源9进行热扩展，再利用多孔介质散热器(泡沫金属)2增大了散热面 积，以此减小了系统热通路的热阻，扩展了热通道，并减小了散热装置的重量 和体积；多孔介质散热器2与平板式热管一体成型，成型过程首先成型多孔介质2和平板式热管上板3,再与上板多孔介质毛细结构7、侧板4、多孔介质 支撑柱6、下板粉墨冶金网目式毛细结构8以及下板5烧结和焊接；多孔介质散 热器2、上板多孔介质毛细结构7和平板式热管为同一种材料，诸如都为铜或者 铝，以利于减小系统接触热阻和便于烧结和焊接。最后根据平板式热管和多孔 介质散热器的换热性能和流阻特性对风机1选型，进而组成一整体散热模块， 整个散热装置结构紧凑、易于制作、成本低廉、可靠性高、装置重量轻、体积 小，且可使热源温度控制在允许的温升范围内。
在图1、 2、 3、 4、 5中，本实用新型公开了一种平板式热管，包括由上板3、 侧板4、下板5、多孔介质支撑柱6、上板多孔介质毛细结构7、下板粉墨冶金 网目式毛细结构8、蒸汽室10和工质组成，其中在上板3、侧板4、下板5内表 面加工出连续相通的三角形或矩形的微槽道，以使工质在毛细结构内的输送路 径变短，并增加了蒸发/冷凝面积，也利于形成汽化核心加快气泡的形成和脱离 速度，强化沸腾换热，且大量增加了闭合循环回路；多孔介质支撑柱6，可以加 强平板式热管结构强度，并提供毛细力使工质回流，且可进一步降低上下板的 热阻；侧板4钻孔以便塞入填充管填充工质；下板粉墨冶金网目式毛细结构8， 并与下板5、多孔介质支撑柱6和上板多孔介质毛细《奁构7—起烧结，以此形成 由下板5蒸发区微槽道、下板粉墨冶金网目式毛细结构8、蒸汽室10、上板多 孔介质毛细结构7到上板3冷凝区微槽道的蒸汽通道，以及由上板3冷凝区的 微槽道、上板多孔介质毛细结构7、'多孔介质支撑柱6、下板粉墨冶金网目式毛 细结构8到下板5蒸发区微槽道和由上板3冷凝区微槽道、侦贩4的微槽道到 下板5蒸发区微槽道的工质回流通道，以此形成蒸汽通道和工质回流流道各异 的循环通道，并能使因热管制备时清洁与除气不净而产生的非凝结性气体被毛 细力和蒸汽压力推动而伴随整个循环通道循环，并有效克服因毛细力不足、流阻过大而产生的干化现象，以及提高因加热量超过临界值而产生液膜导至加热
面烧结的沸腾极限；工质采用纳米颗粒悬浮液，以强化核态沸腾传热，并选用 与之匹配的下板粉墨冶金网目结构8、多孔介质支撑柱6以及上板多孔介质毛细 结构7以增强毛细力。
纳米颗粒悬浮液的制备先由气体冷凝法、化学合成法等方法制成纳米颗粒； 再由纯水与铜纳米颗粒按体积浓度不大于5%经过超声波振荡、混合室高速旋转 以及添加分散剂、改变悬浮液PH值等方法，提高悬浮液稳定性，也可添加表面 活性剂来强化沸腾换热。多孔介质的制作方式是利坦注入一惰性气体于一熔融 态金属中经冷却后形成，或者利用溅镀或涂布一金属于一多孔性海绵组织上， 再除去多孔性海绵组织后形成。 '
综上所述的一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置，本实 用新型首先通过平板式热管对热源进行了热扩展，利用多孔介质散热器(泡沫 金属)2增大了散热面积，减小了整个散热装置的重量和体积；多孔介质散热器 2与平板式热管一体成型并采用同一种材料来减小系统接触热阻；通过改进平板 式热管提髙了其导热性能，减小了系统热通路的热阻，扩展了热通道。最后根 据平板式热管和多孔介质散热器2的换热性能和流阻特性对风机选型，进而组 成一整体散热模块，整个散热装置结构紧凑、易于制作、成本低廉、可靠性高、 装置重量轻、体积小，且可使热源温度控制在允许的温升范围内。
综上所述的一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置，本实 用新型运用独立的分流机构，并构成蒸汽通道与工质回流通道间流阻不相等的 结构，配合所产生的热流不平衡、毛细现象等的原理，形成串联式的顺序单方 向流体循环回路，而且蒸汽通道与工质回流通道也能各自形成多通道并联式的 结构，只要在工质回流通道内的流阻大于蒸汽通道的大前提下，便能产生联通环状回路，而且本实用新型采用表面张力大、动力箱沒小、汽化潜热大并与铜 相容性好的纳米颗粒悬浮液为工质来强化核态沸腾换热，如此本实用新型使因 热管制备时清洁与除气不净而产生的非凝结性气体被毛细力和蒸汽压力推动而 伴随整个循环通道循环，并有效克服因毛细力不足、流阻过大而产生的千化现 象，以及提高因加热量超过临界值而产生液膜导至加热面烧结的沸腾极限。
以上所述为本实用新型的较佳实施例的详细说明与图附，并非用来限制本 实用新型，本实用新型的所有范围应以专利权利书所要求保护的范围为准，凡 与本实用新型的设计思想及其类似变化的实施例、近似结构，都应包含于本发 明的专利保护范围之中。
权利要求1.一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置，包括平板式热管、多孔介质散热器和风机，其特征在于所述的平板热管，包括上板(3)、侧板(4)、下板(5)、多孔介质支撑柱(6)、上板多孔介质毛细结构(7)、下板粉墨冶金网目式毛细结构(8)、蒸汽室(10)和工质，上述的下板粉墨冶金网目式毛细结构(8)与下板(5)、多孔介质支撑柱(6)和上板多孔介质毛细结构(7)一起烧结，以此形成了由下板(5)、下板粉墨冶金网目式毛细结构(8)、蒸汽室(10)、上板多孔介质毛细结构(7)到上板(3)冷凝区的蒸汽通道，以及由上板(3)冷凝区微槽道、上板多孔介质毛细结构(7)、多孔介质支撑柱(6)、下板粉墨冶金网目式毛细结构(8)到下板(5)蒸发区微槽道和由上板(3)的微槽道、侧板(4)的微槽道到下板(5)的微槽道的工质回流通道，以此形成了蒸汽通道和工质回流流道各异的循环通道，强化了沸腾换热；所述的平板式热管与多孔介质散热器通过一体成型以此减小了系统接触热阻，减轻了整个散热装置重量和体积。
2. 根据权利要求1所述的平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装 置，其特征是所述的平板热管在上板(3)、侧板(4)、下板(5)内表面有连续 相通的三角形或矩形的微槽道，以此变短了工质在^^ffl结构内的输送路径，并 增加了蒸发/冷凝面积，也利于形成汽化核心加快了气泡的形成和脱离速度，强 化了沸腾换热，且大量增加了闭合循环回路。
3. 根据权利要求1所述的平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装 置，其特征是所述的平板热管内的多孔介质支撑柱(6)为多孔介质材料，以此加强了平板式热管的结构强度，并提供了毛细力使工质回流，且进一步降低了上下板的热阻。
4. 根据权利要求1所述的平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装 置，其特征是所述的平板热管内的工质为纳米颗粒悬浮液，以此强化了核态沸 腾传热，减小了整个装置的热阻。
5. 根据权利要求1所述的平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装 置，其特征是所述的平板热管与多孔介质散热器为同一种材料，以此减小了系 统热阻，便于整个装置的烧结和焊接。
专利摘要本实用新型公开了一种平板式热管及其与多孔介质一体化设计的散热装置，本实用新型首先通过平板式热管对热源进行了热扩展，利用多孔介质散热器(泡沫金属)增大了散热面积，减小了散热器的重量和体积；多孔介质散热器与平板式热管一体成型并采用同一种材料来减小系统接触热阻；通过改进平板式热管提高了其导热性能，减小了系统热通路的热阻，扩展了热通道。最后根据平板式热管和多孔介质散热器的换热性能和流阻特性对风机选型，进而组成一整体散热模块，整个散热装置结构紧凑、易于制作、成本低廉、可靠性高、装置重量轻、体积小，且可使热源温度控制在允许的温升范围内。
文档编号F28D15/02GK201374890SQ200820113570
公开日2009年12月30日 申请日期2008年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者璟 卢, 平 张, 陈德地 申请人:平 张