一种液冷一体化的吹胀型均热板及制造方法与流程

本发明涉及电子芯片散热技术领域，具体涉及一种液冷一体化的吹胀型均热板及制造方法。

背景技术：

随着各类电子器件和芯片的集成化、微小化及高性能的提高，各类电子器件和芯片的热流密度已经超过100w/cm²，并且随着技术的发展还在逐年增加。同时电子元器件上热量分布不均匀会造成热点问题，将严重影响电子器件的性能。

均热板作为一种相变传热的元件，在电子元器件上的散热上具有广泛的使用，均热板不仅能够快速的带走热量，而且均温性能好，能够有效的解决电子器件的热点问题，当热量传递到均热板后，均热板内的工质发生相变并能够迅速地将热量传递到冷凝端，在冷凝端采用相应的冷却技术构成一个完整的冷却系统。

均热板一般由上下板壳、支撑柱、吸液芯构成，且一般均热板的上下板壳都采用导热系数较高的铜或铜合金制成，在均热板中增加的吸液芯结构使得均热板的性能有较大的提高。在实际使用过程中，在成本和均热板重量的限制下，铜质均热板面积都比较小，并且在考虑到需要在均热板内表面增加吸液芯结构，既增加了铜质均热板制造的时间也增加了均热板的成本。目前成本高以及制造上的难度导致铜质均热板批量制造存在一定难度，因而导致铜质均热板应用到电子器件的实际热管理中有一定困难。

另一方面，均热板只是将芯片上的高集中热扩散到整个冷凝面从而降低微电子芯片的热流密度，并不具备带走系统热量的能力。通常来说，均热板冷凝端的热量需要通过强制对流进行二次散热。根据强制对流方式不同，二次散热方式可以分为风冷和液体冷却两种。相比于强制风冷，由于液体的比热容比气体大，液冷散热比风冷散热具有更稳定的散热能力和更高的散热效率，因此液冷散热技术将逐渐代替风冷散热。在液冷散热中需要将冷却液通过泵泵送到需要散热的地方，这使得液冷散热系统的构成比风冷散热系统复杂，在电子元器件的液冷散热中存在较大的实际使用问题，即冷却液泄露导致电子元器件的损坏，因此在电子元器件的液冷散热系统中使用了一些特殊的冷却液，即使冷却液发生泄漏也不会损坏电子元器件。

技术实现要素：

为了克服现有均热板在实际散热问题上的不足，本发明的首要目的是提供一种液冷一体化的吹胀型均热板，本发明将液冷与均热板一体化设计简化了该均热板的液冷散热系统。

本发明的另一个目的是提供一种液冷一体化的吹胀型均热板的制造方法。

本发明的首要目的是采用如下技术方案：

一种液冷一体化的吹胀型均热板，包括均热板端及冷凝端，均热板端及冷凝端一体成型。

优选的，所述均热板端设有注液管、支撑柱和相变工质流动的流道腔体。

优选的，所述流道腔体在均热板端注液及抽真空完毕后通过封口焊接工艺形成密闭空腔。

优选的，所述冷凝端包括冷却液出口、冷却液流道及冷却液入口。

优选的，冷凝端为全腔体结构、微通道腔体结构、带支撑柱腔体结构或上述结构的复合结构。

优选的，流道腔体及冷却液流道采用单面吹胀、双面吹胀或上述组合方式。

优选的，冷却液为纯净水、纳米流体或液态金属中的任意一种。

优选的，所述相变工质为丙酮、氟利昂、去离子水、甲醇或乙醇中的任意一种。

本发明的另一个目的是采用如下技术方案：

一种吹胀型均热板的制造方法，包括如下步骤：

s1流道印刷：根据所需的流道形状设计出在柔性金属板的延展方向上具有一定缩放比的相应丝网铜板为后续在轧制后得到所需的流道形状，然后通过滚轮在金属板上用石墨或氮化硅印刷出流道形状，通过该过程在均热板端印刷出相变工质汽液流道，在冷凝端印刷出冷却液流道；

s2轧制：将另一块柔性金属板覆盖在印刷有流道形状的金属板上，通过加热先进行热轧再冷轧，使两块金属板形成复合板，经过轧制后原来两块金属板之间有石墨的部分没有冷焊在一起，而没有石墨的部分在通过轧制工艺后冷焊在一起形成均热板的支撑柱结构；

s3吹胀：将轧制后的复合板先进行退火然后通入高压气体使印刷有石墨的部分胀起一定高度，并使用模具来保证胀起高度的一致性，通过吹胀过程使得均热板端形成具有一定高度的相变工质的汽液流道，冷凝端形成冷却液流道；

s4管路焊接：对吹胀后的均热板进行剪边、冲切后在均热板端焊接工艺管做作为抽真空口与相变工质灌注口，在冷凝端焊接工艺管作为冷却液的出入口以方便连接管道；

s5注液：将均热板端进行抽真空及相变工质的灌注；

s6封口焊接：对均热板端的工艺管采用模具进行冷焊封口然后再焊接，防止相变工质的泄漏和杂气侵入均热板端。

优选的，所述柔性金属板的厚度为1-2mm。

本发明的工作过程：

当液冷一体化设计的吹胀型均热板的均热板端在受热后达到工质的相变温度，工质发生相变，将均热板端的热量带到冷凝端，在冷凝端通过外接泵、水箱和管道将液冷工质从冷凝端的入口流入，通过液体的强化换热将热量从均热板上带到冷却液中并随着冷却液的循环流动将热量从液冷一体化设计的吹胀型均热板中带走实现均热板内部工质的相变循环过程，最终实现热源的散热作用。

本发明的有益效果：

(1)本发明将均热板与冷凝端结合在一起使整个均热板在使用时只需外接冷却液，不需要额外增加液冷块、液冷模组等，使得该均热板在使用中具有互换性，在一定程度上简化了均热板在运用中复杂的液冷系统；另一方面一体化的均热板在冷凝端没有接触热阻存在，减小接触热阻对均热板性能的影响。

(2)本发明采用吹胀型均热板，其厚度为1-2mm，长和宽根据实际情况进行调整，具有较好的均温性和较薄的厚度。

(3)本发明液冷一体化设计的吹胀型均热板中液冷部分可以根据散热需求放置在芯片机箱外，有效避免冷却液发生泄漏而导致电子元器件的损坏，既提高了电子元器件的安全性又对冷却液没有特殊要求，只需保证冷却液不与均热板的材料发生化学反应。相对于传统均热板，可提高液冷一体化设计的吹胀型均热板在电子芯片热管理中的应用性。

(4)本发明的吹胀型均热板可以实现大批量生产并满足市场需求，而且该均热板采用铝合金或其他柔性金属材质制造，成本上比铜质均热板有显著的降低。

附图说明

图1是本发明实施例1中液冷一体化设计的吹胀型均热板的结构示意图；

图2是本发明实施例1中液冷一体化设计的吹胀型均热板端流道腔体和支撑柱示意图；

图3是本发明实施例2中液冷一体化设计的吹胀型均热板的结构示意图；

图4是本发明实施例2中液冷一体化设计的吹胀型均热板的液冷端的结构示意图；

图5是本发明实施例3中液冷一体化设计吹胀型均热板的结构示意图；

图6是本发明实施例3中液冷体一体化设计吹胀型均热板的液冷端的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图1所示，一种液冷一体化的吹胀型均热板，包括均热板端1及冷凝端6，所述均热板端包括注液管2、流道腔体3及支撑柱4，所述冷凝端包括冷却液入口5、冷凝液流道及冷却液出口7，所述均热板端为密闭腔，均热板端及冷凝端一体成型。

如图2所示，本实施例中均热板端为单面吹胀成型，支撑柱为圆形的支撑柱阵列，呈s型，流道腔体的走向与支撑柱的阵列方向平行。

注液管对均热板进行抽真空和相变工质的灌注，注液管位于均热板端的一侧。

冷凝端的结构可以为全腔体结构、微通道腔体结构、含有支撑住阵列腔体结构，也可以由多种结构复合而成。

本实施例中为了便于冷却液流动，更好的散热，其冷却液入口位于冷凝端的上侧，且靠近均热板端，冷却液出口位于冷凝端的下侧，远离均热板端。

冷凝端和均热板端的吹胀方式可以为单面吹胀或双面吹胀以及它们的任意组合吹胀方式。

相变工质可以是丙酮、氟利昂、去离子水、甲醇、乙醇中的任意一种。

冷却液可以是纯净水、纳米流体、液态金属中的任意一种。

均热板可采用铝合金材料或具有柔性的其它金属材料。

本发明液冷一体化的均热板通过外接泵、水箱及管道构成液冷系统。

本发明提出的液冷一体化设计的吹胀型均热板的制造工艺具体如下：

(1)流道印刷：根据所需的流道形状设计出在柔性金属板的延展方向上具有一定缩放比的相应丝网铜板为后续在轧制后得到所需的流道形状，然后通过滚轮在柔性金属板上用石墨或氮化硅印刷出流道形状，通过该过程后在一体化设计的吹胀型均热板的均热板端印刷出相变工质的汽液流道，在液冷端印刷出冷却液的流道。

柔性金属板在受压时长度会变长，厚度会变薄，不同金属金属的塑性不同，因此在设计印刷的丝网铜板时要根据金属本身的塑性在变形方向上有一个比例来缩放丝网铜板上印刷的形状。

当均热板材料选用6061系铝合金，其优选缩放比为0.64。

(2)轧制：将另一块柔性金属板覆盖在印刷有流道形状的板上，通过加热炉加热先进行热轧再冷轧，使两块板形成复合板。经过轧制后原来两块板之间有石墨的部分两块板没有冷焊在一起，而没有印刷有石墨的部分在通过轧制工艺后则冷焊在一起。

(3)吹胀：在得到的轧制后的复合板后先进行退火然后通入高压气体使原来印刷有石墨的部分胀起一定高度，并使用模具来保证胀起高度的一致性，通过吹胀过程后使得均热板端形成具有一定高度的相变工质的汽液流道，液冷端形成冷却液流道。

由于成型的金属不同，要求也不同，吹胀的高度需要满足一定的工艺要求，不能达到过大的变形量导致破坏和大到高压气体不能使金属板变形的程度。

(4)管路焊接：在对吹胀后的一体化均热板进行剪边、冲切后需要在一体化均热板端焊接工艺管作为抽真空口与相变工质灌注口，在液冷端焊接工艺管作为冷却液的出入口以方便连接管道。

(5)注液：在得到焊接了工艺管的一体化均热板后先对一体化均热板的均热板端进行抽真空，在抽到一定真空度后进行相变工质的灌注。

(6)封口焊接：在一体化均热板的均热板端灌注相变工质后需要对均热板端的工艺管采用模具进行冷焊封口然后再焊接以防止相变工质的泄漏和杂气侵入均热板端。

本发明根据不同的应用环境，具体确定均热板的尺寸及内腔的大小，例如应用在数据中心，根据热源大小、机箱大小，安装的空间等要求具体设计。

实施例2

参见图3和图4，本实施例与实施例1的区别在于：在吹胀型均热板端1的流道腔体3采用各部分相互联通的腔体结构，具有阵列和分隔开联通区域的支撑柱4结构，而冷凝端6为并联的微通道腔体结构

本实施例中的冷凝端结构能满足大多散热需求，是一种较佳的冷凝端结构。

本实施例的其他参数设置与加工成型方法与实施例1相同。

实施例3

参见图5和图6，本实施例与实施例1的区别在于：均热板端1具有不同的流道腔体3，流道腔体3在纵向与横向上都有分布，整体呈梯子状分布，支撑柱4呈交错阵列分布，而冷凝端的冷却液腔体6为串联的微通道腔体结构。

本实施例的其他参数设置与加工方法与实施例1相同。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。