专利名称：一种大功率散热模组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种散热模组，尤其涉及一种对LED、CPU、GPU、芯片组、功率半导体、电路板或多芯片封装等电子元件散热的大功率散热模组。
背景技术：
业内采用散热模组来对电子元件进行散热，目前最基本的散热模组，是基于热传导的原理所设计鳍片式结构，散热模组与电子元件相接触，以接收电子元件工作时散发的热量，将热量传递到鳍片组，由鳍片组将热量散发到空气中。鳍片与空气接触的面积及数量影响着散热模组的散热效率，然而受限于现有技术的问题，这种最基本的散热模组结构，仅能实现功率约100W的电子元件的散热，对于更大功率的电子元件，散热模组就需要增设如风扇或其他的辅助结构，通过增加空气流动速度，或采用其他热传导方式来提高散热效果， 以实现大功率电子元件的散热。然而，对于某些电子元件如LED来说，风扇的使用寿命会远远短于这些电子元器件的使用寿命，因此风扇式的散热模组，往往在电子元件仍正常工作的时候，风扇就已损坏，使得不能够与电子元件的工作寿命合理的配合，以达到合格的使用效果。而针对基本结构的大功率散热模组的合理设计，一直是业内研究的重点与难点。
发明内容
为解决非风扇式散热模组散热效率不足的问题，本发明提供了一种高效率的散热模组。本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是 一种用于对发热元件进行散热的大功率散热模组，包括
一热交换元件，在内部具密闭内腔，内腔内设有粉末烧结部及气、液两相变化的工作液，并在外部具有一平整部，以及相对设置于所述平整部后侧的固定结构；由于热交换元件的液气两相变化，相当于一热传导组件里的超导体，当发热组件与散热模块边缘温差较大时，就能够立即将热源的热立即分散至散热模块上，由内而外传导出去。一非鳍片式散热模组，具有一中心孔部，以及围绕该中心孔部设置的至少一空气通道，所述中心孔部插装固定所述热交换元件的固定结构，并留有平整部于中心孔部之外以放置发热元件，籍由发热元件所产生的热量，经过所述热交换元件传递到非鳍片式散热模组，能够通过烟 效应在所述空气通道中产生气流。上述的中心孔部外侧设置有若干朝外发散的叶片，每两相邻叶片相互连接，并与中心孔部的外围形成一空气通道，以叶片作为导热结构而与空气接触；如此则叶片依次由外壁连接在一起，形成围绕于中心孔部的筒状外围结构，其中外壁及其相连的两叶片，与中心孔部的外侧形成所述空气通道，进一步可将外壁作为导热结构，以增加与空气的接触面积。在本发明的一实施例中，所述外壁为平面壁状，所述外围结构为若干外壁依次连接组成具备棱角的多边形筒，所述叶片连接于多边形筒的内侧棱角处，有效利用与空气的接触面积。在本发明的一实施例中，所述外壁为平面壁状，所述外围结构为若干外壁依次连接组成正多边形筒，所述叶片连接于正多边形筒的内侧转角处，以有效利用与空气的接触面积。在本发明的一实施例中，外壁为弧面状，所述外围结构为外壁依次连接组成的圆形筒，所述叶片连接于圆形筒的内侧，以有效增加与空气的接触面积。在本发明的一种实施例中，所述热交换元件为均热板，具有一中段作为所述平整部，以及经压制成型而对称于中段两端，且与中段垂直的两插入段作为所述固定结构； 所述非鳍片式散热模组的中心孔部为一对应插装所述两插入段的插孔，通过均热板良好的导热性能，达到需要的散热效果。上述的均热板的每一插入段的横截面分别呈现朝外凸起的圆弧形，使两插入段整体组合为一具有对称缺口的圆环形，相应的，所述非鳍片式散热模组的插孔为分别与两插入段形状相配的两弧形孔，得以较好的固定及导热能力。上述均热板的平整部与其两端的插入段之间具有向中心收缩的过渡段。非鳍片式散热模组的端面上设有凹入的容置腔，用以容置定位所述均热板的过渡段，所述插孔由容置腔内部开设。并且，所述插入段可与插孔焊接固定。在本发明的一种实施例中，所述热交换元件为热柱，具有一端面作为所述平整部， 以及柱体部分作为所述固定结构；所述非鳍片式散热模组的中心孔部为一对应插装所述热柱的柱体的插孔，利用热柱的良好导热性及其形状特性，达到较好的固定及导热能力。并且，柱体可与插孔焊接固定。上述的所述热柱的内腔为真空腔室，该内腔之内壁附着所述粉末烧结部，并在内腔内填充约一半工作液。本发明的热交换元件的内腔内设置有支撑结构，以支撑其外形。上述的非鳍片式散热模组为一体成型结构或分体式结构。本发明所提供的散热模组，通过热交换元件直接安装发热元件，可将热量的快速传递到非鳍片式散热模组，并由非鳍片式散热模组所设的空气通道，因热量而产生烟囱效应，以实现空气快速的自然对流，形成热交换而将热量散发，可见其良好的散热效果，相比传统的散热模组，在不使用风扇及其他冷却系统的情况下，本发明就能够直接应用于100W 以上的发热元件，因此尤其适合于大功率发热元件的散热。
下面结合附图和具体实施方式
进行进一步的说明 图1为本发明第一种实施例的拆分结构示意图2为本发明第一种实施例中热交换元件的拆分结构示意图； 图3为本发明第一种实施例中热交换元件的内部结构示意图； 图4为本发明第一种实施例中非鳍片式散热模组的结构示意图； 图5为本发明第一中实施例用于发热元件的拆分结构示意图； 图6为本发明第一种实施例用于发热元件的结构示意图； 图7为本发明第二种实施例的拆分结构示意图；图8为本发明第二种实施例中热交换元件的剖面结构示意图； 图9为本发明第二中实施例用于发热元件的拆分结构示意图； 图10为本发明第二种实施例用于发热元件的结构示意图； 图11为本发明中非鳍片式散热模组的第一种实施例的结构示意图； 图12为本发明中非鳍片式散热模组的第二种实施例的结构示意图； 图13为本发明中非鳍片式散热模组的第三种实施例的结构示意图。
具体实施例方式本发明所提供的一种大功率散热模组，可用于对发热元件3进行散热，结构包括一热交换元件1及一非鳍片式散热模组2。如图1、图5、图6，及图7图9、图10，该热交换元件1具备一平整部11用于放置发热元件3，在平整部11后侧设有固定结构12以进行安装固定，如图3及图8所示，该热交换元件1并具有密闭内腔101，在该内腔101内填充有工作液，且内腔101的壁上附着有粉末烧结部102，并如图3所示，还可在内腔101内设有支撑整体强度的支撑结构103，热交换元件1内部的工作液具有液-气两相变化功能，因此相当于一热传导组件里的超导体，在所放置的发热元件发热后，工作液升华成为气体而吸收热量，在流到其他部位凝固而散发热量， 达到热传导的功能。如图1、图4及图7所述，该非鳍片式散热模组2具有一中心孔部21，用于插入安装上述的固定结构12，以固定住热交换元件1，并且保证所固定热交换元件1的平整部11 略凸起于中心孔部21之外，以使其位于整个非鳍片式散热模组2的端面处，用以安装固定发热元件3 ；围绕非鳍片式散热模组2的中心孔部21，则设置有空气通道22，空气通道22 能够产生烟 效应，在发热元件3发热过程中，热量传递到热交换元件1，当发热交换元件1 与非鳍片式散热模组2温差较大时，就能够立即将发热元件3的热立即分散至非鳍片式散热模组2上，由内而外传导出去，一方面非鳍片式散热模组2的外围部分与空气接触而对热量产生热辐射作用以散出多余热量，另一方面其空气通道22因热量可产生空气流，空气流通过空气通道22，能够将多余热量带走，形成空气对流现象。本发明的热交换元件1根据实际情况，具有两种典型的实施例，在此分别进行说明。参照图广图4，该实施例中，热交换元件1为一均热板，其内部结构如前所述，具有含粉末烧结部102及工作液的密闭内腔101，此外可以增加支撑结构103，提高整体强度；该均热板的外部中段留作一平整部11，而对称于该中段两侧，则分别经压制成型为两垂直于中段的插入段，该插入段即为固定结构12 ；相应的，非鳍片式散热模组2的中心处，设置有插孔，用于插装固定插入段，该插孔即为中心孔部21，插孔式中心孔部2在插入均热板，内壁与插入段贴合，使得设置于平整部11的发热元件3，工作时的热量能够迅速、顺畅经由插入段传导到非鳍片式散热模组2，其中作为较优实施方案，插入段与插孔在装配过程中，可以采用贴片焊接方式，即在插入段或插孔涂敷焊膏，再进行回炉加热，使得热交换元件1与非鳍片式散热模组2焊接固定，采用该方案，在加热工程中，固定结构12因热胀冷缩而具有一膨胀作用，因此可以和非鳍片式散热模组2的中心孔部2紧密贴合在一起，达到良好散热效果。
为得以最好的散热效率，作为优选的方案，均热板热交换元件1两侧的插入段固定结构12，其横截面分别呈现朝外凸起的圆弧形，使两插入段整体组合为一类似圆环形的筒状，一般情况下仅是两者互不接触，令圆筒形状分成了两半而不完整，在两侧具有一对对称的缺口，如图11所示，相应的非鳍片式散热模组2的插孔式中心孔部21为与两插入段形状相配的两弧形孔；且优选的两弧形孔相互连通，并通过弧形面过渡，使得热量不会朝非鳍片式散热模组2的中心部位传导而造成热量积累，且在具体连接时中空部分可以用于发热元件的走线；当然，为了保证所固定的均热板不会转动或动摇，插孔之间可采用部分连通， 即应该保证插孔仍具有限位固定的插入段孔型，以保证固定功能。另外作为优选的方案，均热板在装配于非鳍片式散热模组2时选择没入安装式为宜，以得到热量的充分传导，因此本发明的较优选方案为，均热板的平整部11与其两端的插入段固定结构12之间具有向中心收缩的过渡段13，为使得压制方便，可设计为逐渐收口过渡的结构，两过渡段13接近平整部11的一侧较宽，接近插入段固定结构12的一侧则较窄，因此可以作为一限位于非鳍片式散热模组2的结构；相应的如图中所示的，非鳍片式散热模组2靠近中心孔部21，其端面上设有一容置腔210，该容置腔210大小适宜于与两过渡段13组成的宽度相适宜，同时，将中心孔部21的插孔开设于容置腔210的槽底部，在装配均热板时，平整部11及两过渡段13正好可以装入容置腔210内，同时插入段固定结构12 可以经容置腔210插入插孔进行固定，并保证容置腔210对两过渡段13的限位。实际结构中，还可优选方案为插孔设计为通孔，由非鳍片式散热模组2的容置腔210的槽底，贯通至另一侧的端面，使得非鳍片式散热模组2整体具备中空通孔，利于散热，并且，可配合平整部11略凸起于中心部位21端面的结构，以在平整部11侧边留有连通至容置腔210及插孔的缝隙，可用于发热元件的走线。参照图5及图6，本发明所应用的发热元件3，可以为LED、CPU、GPU (Graphic Processor Unit)、芯片组、功率半导体或集成有电子元件的电路板，均可采用直接贴在设平整段11上，并采用贴片式固定，如图中所示，应用于LED芯片的实施方式，可在非鳍片式散热模组2的中心部位21围绕发热元件3安装一盖板41，可采用螺钉与非鳍片式散热模组 2固定连接，并在上方配合密封圈42安装一带透镜的上盖43，整体形成密封防水结构，其中 LED芯片的走线可以从两平整段11之间连到非鳍片式散热模组2的后部，再引出。参照图疒图9，为本发明的第二种实施例，其中热交换元件1采用热柱(Heat Column / vapor chamber)的结构，热柱成体呈一圆柱形，圆柱形的一端面作为平整部11， 而柱体部分则作为所述固定结构12，如图8中，热柱的内部，和均热板类似，具有含粉末烧结部102及工作液的密闭的内腔101，实现气-液两相变化而热传递，而由于其本身尺寸，在其内腔101内壁均可附着粉末烧结部102，且约有一半空间填充工作液，留另一半为真空； 相应的，非鳍片式散热模组2的中心孔部21，则可设计为一对应插装柱体式固定结构12的插孔，且为达到较好的固定效果，可采用贴片焊接方式，即在柱体或插孔涂敷焊膏，再进行回炉加热，使得热交换元件1与非鳍片式散热模组2焊接固定，采用该方案，在加热工程中， 固定结构12因热胀冷缩而具有一膨胀作用，因此可以和非鳍片式散热模组2的中心孔部2 紧密贴合在一起，达到良好散热效果。本实施例相对结构更为方便设置，如图9及图10，其所应用的发热元件3，同样可以为LED、CPU、GPU(Graphic Processor Unit)、芯片组、功率半导体或集成有电子元件的电路板，均可采用直接贴在设平整段11上，并采用贴片式固定，如图中所示，应用于LED芯片的实施方式，可在非鳍片式散热模组2的中心部位21围绕发热元件3安装一盖板41，可采用螺钉与非鳍片式散热模组2固定连接，并在上方配合密封圈42安装一带透镜的上盖43， 整体形成密封防水结构。本发明的非鳍片式散热模组2采用空气通道22式的结构，其空气通道22可以由设置于中心孔部21外侧的叶片221组成，每两相邻叶片221之间相互在外侧连接形成闭合结构，并结合中心孔部21的外围，即成为了一个空气通道22，因此围绕中心孔部21，就可以由若干叶片221形成一类似圆筒的形状，空气通道22均沿其周向分布，并且每一空气通道 22的方向均和中心孔部21的轴向相同。具体的，在中心孔部21外围绕形成一筒状外围结构，该筒状外围结构是由连接叶片221外侧的外壁23组成的，亦由叶片221与中心孔部21 形成连接关系。下面给出几种空气通道22较优的实现方式
如图11所示，该实施例中，外壁23为平面壁状，外围结构由外壁23依次连接，组成一具备棱角的多边形筒状，其中，每一棱角均由一叶片221连接至中心孔部21，这样由两相邻叶片221及一外壁23即形成一空气通道22。该结构在使用过程中，外壁23、叶片221均与空气接触，可向空气辐射热量，且在空气流过相应空气通道22时，就能够实现热交换。如图12所示，该实施例中，外壁23为平面壁状，外围结构为若干外壁23依次连接组成正多边形筒状，与前一实施例相比，没有突出的棱角，其中，外围结构的每一转角处均由一叶片221连接至中心孔部21，这样由两相邻叶片221及一外壁23即形成一空气通道 22。该结构外壁23、叶片221均与空气接触，在空气流过相应空气通道22时，就能够实现热交换，且能够保证外围结构具备较大的散热面积，热量辐射满足要求。如图13所示，该实施例中，外壁23为弧面状，外围结构为外壁23依次连接组成的圆形筒状，此结构下，叶片可平均分布至外围结构及中心孔部21之间，以实现两者连接。该结构的外壁23、叶片221均与空气接触，在空气流过相应空气通道22时，就能够实现热交换，且能够保证外围结构具备较大的散热面积，热量辐射满足要求。上述几个实施例中，非鳍片式散热模组2均优选为金属材料的一体成型式结构， 当然也可以为分体式由多个分离结构拼接组成，材料可采用铝或其他具备良好导热性的物质。经验证采用本发明所提供的技术，相同功率的发热元件，工作时温度可以降低 10°C以上，可见其良好的散热效果。当然，针对某些发热元件，本发明还可以配合风扇或者其它冷却装置来使用，例如将风扇或散热冷却装置装配在散热鳍片组2的一端(图中未视出)，以大大提高散热效率。当然，应注意的是，上述只是阐述了本发明较优的实施方式，因此并不视为本发明唯一的保护范围，惟应了解的是在不脱离本发明的保护范围内，对于本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，仍得有许多变化及修改。因此，本发明并不限制于所揭露的实施例，而是以权利要求的保护范围记载为准，即不偏离本发明申请专利范围所为之均等变化与修饰，应仍属本发明之涵盖范围。
权利要求
1.一种用于对发热元件进行散热的大功率散热模组，其特征在于包括一热交换元件，在内部具密闭内腔，内腔内设有粉末烧结部及气、液两相变化的工作液，并在外部具有一平整部，以及相对设置于所述平整部后侧的固定结构；一非鳍片式散热模组，具有一中心孔部，以及围绕该中心孔部设置的至少一空气通道， 所述中心孔部插装固定所述热交换元件的固定结构，并留有平整部于中心孔部之外以放置发热元件，籍由发热元件所产生的热量，经过所述热交换元件传递到非鳍片式散热模组，能够通过烟 效应在所述空气通道中产生气流。
2.根据权利要求1所述的一种大功率散热模组，其特征在于所述中心孔部外侧设置有若干朝外发散的叶片，每两相邻叶片相互由一外壁连接，并与中心孔部的外围形成一空气通道，若干叶片依次由外壁连接在一起，形成围绕于中心孔部的筒状外围结构。
3.根据权利要求2所述的一种大功率散热模组，其特正在于所述外壁为平面壁状，所述外围结构为若干外壁依次连接组成具备棱角的多边形筒，所述叶片连接于多边形筒的内侧棱角处。
4.根据权利要求2所述的一种大功率散热模组，其特正在于所述外壁为平面壁状，所述外围结构为若干外壁依次连接组成正多边形筒，所述叶片连接于正多边形筒的内侧转角处。
5.根据权利要求2所述的一种大功率散热模组，其特正在于所述外壁为弧面状，所述外围结构为外壁依次连接组成的圆形筒，所述叶片连接于圆形筒的内侧。
6.根据权利要求1所述的一种大功率散热模组，其特正在于所述热交换元件为均热板，具有一中段作为所述平整部，以及经压制成型而对称于中段两端，且与中段垂直的两插入段作为所述固定结构；所述非鳍片式散热模组的中心孔部为一对应插装所述两插入段的插孔。
7.根据权利要求6所述的一种大功率散热模组，其特正在于所述均热板的每一插入段的横截面分别呈现朝外凸起的圆弧形，使两插入段整体组合为一具有对称缺口的圆环形，相应的，所述非鳍片式散热模组的插孔为分别与两插入段形状相配的两弧形孔；所述均热板的平整部与其两端的插入段之间具有向中心收缩的过渡段，所述非鳍片式散热模组的端面上设有凹入的容置腔，用以容置定位所述均热板的过渡段，所述插孔由容置腔内部开设。
8.根据权利要求1所述的一种大功率散热模组，其特征在于所述热交换元件为热柱，具有一端面作为所述平整部，以及柱体部分作为所述固定结构；所述非鳍片式散热模组的中心孔部为一对应插装所述热柱的柱体的插孔。
9.根据权利要求8所述的一种大功率散热模组，其特征在于所述热柱的内腔为真空腔室，该内腔之内壁附着所述粉末烧结部，并在内腔内填充约一半工作液。
10.根据权利要求广5中任意一项权利要求所述的一种大功率散热模组，其特征在于 所述非鳍片式散热模组为一体成型结构或分体式结构。
全文摘要
一种用于对发热元件进行散热的大功率散热模组，包括一热交换元件，内部具密闭内腔，内腔内设有粉末烧结部及工作液，外部具有一放置发热元件的平整部以及固定结构；以及一非鳍片式散热模组，具有一安装所述固定结构的中心孔部，以及围绕该中心孔部设置的至少一空气通道，籍由发热元件所产生的热量经过所述热交换元件传递到非鳍片式散热模组，能够通过烟囱效应在所述空气通道中产生气流，进而快速散发出发热元件所产生的热量。相比传统的散热模组，在不使用风扇的情况下，本发明就能够直接应用于100W以上的发热元件，因此尤其适合于大功率发热元件的散热。
文档编号H01L23/427GK102231369SQ20101059415
公开日2011年11月2日 申请日期2010年12月18日 优先权日2010年12月18日
发明者李克勤, 钟蜀龙, 陈宏杰 申请人:中山伟强科技有限公司