一种散热装置的制作方法

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种散热装置。

背景技术：

现有的电子元件散热装置一般是带有大量平面冷却板的风冷装置，或者由热管装置辅助的风冷装置。为了提高冷却速率，这些平面冷却板有时会附有延伸的表面，以增加其与冷却气流接触的传热表面积，这通常称为“散热片”。

在现有技术的散热片的热量仅通过热传导从第一基板流入散热基板的根部，然后传导至散热基板的顶部，因为热量的传导仅沿较高的温度像较低的温度方向流动，所以散热基板的表面在冷却时距散热基板的根部越远(顶部越近)温度越低，散热效率越差。从技术上讲，散热片的热性能由其“散热片效率”定义，其中将从实际散热片上散发出的热量与理想散热片进行比较，理想散热片的整个表面处于根部温度一个水平即整体温度为相同，其值为100％是理想的散热片，所有其他散热片均低于100％。对于长或高的散热片，散热片效率显着下降到100％以下(低至20-40％)，从而使散热片的效率相当低，并且不具有成本效益。当散热片从根部到顶部变得非常长时，即使对于高导电率的金属(如铝)，也会发生这种情况。

现有技术中的散热装置的散热片一般都是金属平板形成的散热片，其散热能力比较差且内部温差比较大，不能满足现有技术中电子元件的需求。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

技术实现要素：

本发明为了解决现有的问题，提供一种散热装置。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种散热装置，包括第一基板，所述第一基板的其中一面与电子设备贴合，另一面上设置散热片阵列，所述散热片阵列包括至少两个散热片，所述散热片之间形成风道；所述散热片包括散热基板，所述散热基板的根部与所述第一基板连接，所述散热基板的根部和顶部之间设置蛇形的脉动热管，所述脉动热管内填充冷凝介质。

优选地，所述散热基板包括第一散热面、第二散热面，所述第一散热面和/或所述第二散热面的所述根部到所述顶部设有由毛细管弯曲或盘绕形成所述蛇形的脉动热管。

优选地，所述散热片包括第一散热基板、第二散热基板以及设置在所述第一散热基板和所述第二散热基板之间的脉动热管。

优选地，所述第一散热基板和所述第二散热基板之间设置蛇形毛细管组成所述蛇形的脉动热管；或，所述第一散热基板和所述第二散热基板上开有相对应的凹槽对接在一起形成所述蛇形的脉动热管，所述第一散热基板的凹槽的深度方向远离所述第二散热基板，所述第二散热基板的凹槽的深度方向远离所述第一散热基板。

优选地，所述散热基板上在脉动热管之间的可用空间上设置若干个散热通道，所述散热通道包括从所述散热基板上切割部分散热基板形成的与所述散热基板不共面的散热叶片和散热窗口。

优选地，所述散热叶片与所述散热窗口形成平开窗形或横转旋窗形，所述横转旋窗形包括上悬窗形、中悬窗形、下悬窗形；当所述散热叶片与所述散热窗口为平开窗形、上悬窗形或下悬窗形时，所述散热叶片包括第一叶片基体和第二叶片基体，所述第一叶片基体呈弧形，所述第二叶片基体与所述散热基板相互平行；当所述散热叶片与所述散热窗口为平开窗形、上悬窗形、中悬窗形或下悬窗形时，所述散热叶片是一个平面，与所述散热基板成一定夹角。

优选地，所述脉动热管的横截面的几何形状是圆形、椭圆形、矩形、正方形、d型、跑道形；

优选地，所述散热基板与所述第一基板垂直连接，所述散热基板是矩形，其高度为10mm至220mm，宽度为15mm至1000mm，厚度为0.3mm至2.0mm；所述散热叶片的边缘到所述散热基板的垂直距离在0.5mm至10mm。

优选地，所述脉动热管是闭合或开环的。

优选地，所述脉动热管的内径长度的范围是0.5mm-5mm，所述脉动热管的直线段之间的间距范围是5mm-25mm，直线段的长度范围是10mm-200mm。

本发明的有益效果为：提供一种散热装置，通过将散热片与脉动热管结合达到极高的散热效率。采用了脉动热管中两相流冷却系统进行热量的快速传送，与同等的实心金属散热片相比，可大幅提升散热片的散热效率和散热功率容量，最终为电子设备提供更高效的热表面冷却能力。更进一步的，通过在散热片基板中引入散热通道以增加气流和传热系数，可以进一步增强这项新技术效果。

附图说明

图1(a)是本发明实施例中传统的实心金属散热片阵列的结构示意图。

图1(b)是本发明实施例中第一种散热装置的结构示意图。

图1(c)是本发明实施例中第二种散热装置的结构示意图。

图2(a)是本发明实施例中传统的实心金属散热片阵列的热量传输示意图。

图2(b)是本发明实施例中第一种散热装置的热量传输示意图。

图2(c)是本发明实施例中第二种散热装置的热量传输示意图。

图3(a)-图3(c)是本发明实施例中散热通道的结构示意图。

图4(a)-图4(b)是本发明实施例中散热片的工作原理示意图。

图5(a)是本发明实施例中第一种散热片的结构示意图。

图5(b)是本发明实施例中第二种散热片的结构示意图。

图5(c)是本发明实施例中u型弯曲段的放大示意图。

图6(a)是本发明实施例中第三种散热装置的结构示意图。

图6(b)是本发明实施例中第四种散热装置的结构示意图。

图6(c)是本发明实施例中第五种散热装置的结构示意图。

图7是本发明实施例中第三种散热片的结构示意图。

图8(a)-图8(b)是本发明实施例中第四种散热片的结构示意图。

图9(a)是本发明实施例中传统的实心金属散热片阵列的热量传导示意图。

图9(b)是本发明实施例中散热装置的热量传导示意图。

图9(c)是本发明实施例中散热通道的热量传导的放大示意图。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

图1(a)是包含传统的实心金属散热片阵列12的散热装置，图1(b)和图1(c)分别是本发明的散热装置的示意图，图1(b)中是不带散热通道的散热基板13，图1(c)中是带散热通道的散热基板14。

本发明的散热片阵列中散热片的散热基板14的根部连接到第一基板11，需冷却的电子设备连接到第一基板11的反面(未显示)。散热片阵列包括至少两个散热片，散热片之间形成风道；散热基板13或14上设置蛇形的脉动热管2，脉动热管内填充冷凝介质。热量从电子设备传递到紧贴电子设备的第一基板11，然后经过第一基板11进入散热片阵列，最终到周围的空气中。

本发明的散热片阵列中将脉动热管集成到散热基板形成脉动热管散热，称之为php散热片。php散热片相对提高了散热片的平均温度且具有较小的内部温差，从而促进了散热片表面到空气的热交换。

散热基板14上在脉动热管2之间的可用空间上设置若干个散热通道，散热通道包括从散热基板14上切割部分散热基板形成的与散热基板14不共面的散热叶片和散热窗口。

散热基板可以单独地或以任意数量组成阵列的形式放置在第一基板11上以冷却电子器件。通过将散热器基板的根部6嵌入到第一基板的插槽中或将其接合到第一基板的外表面。散热器基板的根部可以弯曲成90°的角度，以增加其与第一基板的接触面积。具体的，可以通过硬钎焊、软钎焊、锡焊或使用其他材料工艺(例如胶水或环氧树脂或热界面材料(tim)或其他可用的连接材料)来实现连接。散热片基板在电子基板上的最常见布置是将并排放置在平行阵列中，之间的间距取决于具体需要。

如图2(a)-图2(c)所示，是现有技术中的散热装置与本发明的散热装置的热量传输示意图。在现有技术的散热装置的散热片中，热量只能延散热基板12延伸的方向进行热量传输，而在本发明的散热装置中，热量还可以沿着蛇形的脉动热管2进行传输；更进一步的，本发明的散热基板14上在脉动热管2之间的可用空间上设置若干个散热通道15，散热通道15包括从散热基板14上切割部分散热基板形成的与散热基板14不共面的散热叶片和散热窗口。

如图3(a)-图3(c)所示，散热基板14中的散热通道15的散热叶片与散热窗口形成平开窗形或横转旋窗形，横转旋窗形包括上悬窗形、中悬窗形、下悬窗形；或者可以是弯曲型或扭曲型百叶窗，也可以制造其他几何类型。可以理解的是，此处所述的平开窗是指散热叶片与散热基板连接的轴平行于散热片基板长度延伸的方向，所述横转旋窗形是指散热叶片与散热基板连接的轴垂直于散热片基板长度延伸的方向。这里的轴并不是真实存在的轴，而是散热叶片从散热基板上切割形成后打开散热叶片的旋转轴，其本身是散热基板的一部分。散热片的长度方向为从根部到顶部的方法。

进一步的，当散热叶片与散热窗口为平开窗形、上悬窗形或下悬窗形时，散热叶片包括第一叶片基体和第二叶片基体，第一叶片基体呈弧形，第二叶片基体与散热基板相互平行；当散热叶片与散热窗口为平开窗形、上悬窗形、中悬窗形或下悬窗形时，散热叶片是一个平面，与所述散热基板成一定夹角。

图4(a)和图4(b)是散热片的工作原理示意图，在本发明中脉动热管中固有的两相流不稳定性使蛇形脉动管内的液体柱和蒸汽气泡以周期性的按照循环路径17来回循环。将热量从热的蒸发器区3传递到中间绝热区5再到温度较低的冷凝器区4。当然也可以在没有绝热区3的情况下进行。工作流体通过填充口16充入蛇形脉动管的(为简单起见，其他图中未显示，但填充口是每个散热片一部分)。闭环和开环蛇形脉动管均可用于php散热片。在本发明的其他附图中以闭环蛇形脉动管进行示例，但在所有情况下，都可以是开环蛇形脉动管。在本发明的一种实施例中，工作流体主要是冷媒，如杜邦r134a，honeywell1233zd等。

再次参考图4(a)，蛇形脉动管内部发生的物理过程是液体和蒸汽沿着蛇形脉动管来回的复杂循环脉动。液体和蒸汽运动的“驱动力”是蒸发器区3中的沸腾过程和冷凝器区4中的冷凝过程。通过沸腾形成的新气泡的尺寸增大，并沿蛇形脉动管的两个方向推开液体。实际上，由于工作流体在液态时的密度是蒸汽状态的密度的10到100倍，所以随着气泡的增长，蒸汽会迅速加速脉动热管内部的流动。这些气泡迫使蛇形脉动管中的液体柱和蒸汽气泡移动到冷凝器区在冷凝区4冷凝。气泡在蒸发器区3中的快速生长也对气泡产生压缩作用，进一步增加脉动作用。气泡在冷凝区4的冷凝会产生“空洞”，使液体冲入其中，从而进一步增强了脉动效果。这些物理过程产生了强大的自我永续的脉动流，将热量从蒸发区3传递到冷凝器区4域，再通过外部空气流将热量散发出去。

本发明提供一种散热装置将散热基板与脉动热管结合达到极高的散热效率。采用了脉动热管中两相流冷却系统进行热量的快速传送，与同等的实心金属散热片相比，可大幅提升散热片的散热效率和散热功率容量，最终为电子设备提供更高效的热表面冷却能力。更进一步的，通过在散热片基板中引入散热通道以增加气流和传热系数，可以进一步增强这项新技术效果。

图5(a)-图5(c)是本发明一种散热片的示意图，以闭合的脉动热管为例进行说明，其中闭合热管的闭合线20如图所示。热量从与电子设备相连的第一基板传导到pph散热片的散热基板13的根部6,热量从根部6传输到顶部7，在一种实施例中，散热基板包括第一散热面、第二散热面，第一散热面和第二散热面的所述根部6到顶部7均设有由毛细管弯曲或盘绕形成所述蛇形的脉动热管，优选地，脉动热管分布区域的宽度和高度分别与散热基板的宽度8和散热基板的高度9相同，即脉动热管需要分布在整个散热基板区域。脉动热管包括直线段19和u型弯曲段18，直线段19和u型弯曲段18有序连接形成蛇形。蛇形脉动管将热量从散热基板的根部传输到散热基板的顶部，并散布到散热基板的整个表面。脉动热管可以是开环的也可以是闭环的。脉动热管的横截面的几何形状是圆形、椭圆形、矩形、正方形、d型、跑道形或其中至少两种图形的组合。例如用通过压扁圆管获得的形状。跑道形是两端圆弧，中间是直线的组合形状。

通过以相对于根部温度很小的温度梯度(温差)将热量传递到散热基板的顶部，使散热片的效率比同等尺寸的实心散热片效率高至少20％。更进一步的，在散热基板上增加散热通道，降低了热量从散热基板表面流到空气的阻力，从而增加了对空气的传热系数，相对于普通实心散热片，散热能力提高了25％-50％。

可以理解的是，也可以在其中一个散热面上设置蛇形的脉动热管。

在php散热片中，热量不仅沿散热基板进行传导，同时热量传递到蛇形脉动管内部的工作流体中，使得脉动管内液体沸腾并形成蒸汽泡，从而使流体开始流动并继续脉动，将热量传递向散热基板的顶部，在顶部将蒸汽冷凝成液体，即热量从蛇形脉动管传到散热基板上。更重要的是，通过两相流传导热量使得热量传输更快，所以散热基板的根部和顶部的温差小。因此，对于php散热片，有两条热流路径而不是一条，增加了散热片的效率；同时，蛇形的脉动管增强了空气对流，因此与普通实心散热片相比，可以进一步提高php散热片的热性能。

如图6(a)-图6(c)所示，因为蛇形脉动管中的脉动不是重力驱动产生的，而是在热量传导中的蒸发冷凝产生的，所以散热片的散热基板与第一基板连接时的位置可以是任意的，散热片阵列中的散热片与第一基板是水平垂直、也可以是竖直垂直或倾斜连接，各个散热片是互相平行的。

在本发明的一种实施例中，散热基板是矩形，其高度范围是10mm至220mm，宽度范围是15mm至1000mm，厚度范围为0.3mm至2.0mm；所述散热叶片的边缘到所述散热基板的垂直距离的范围是0.5mm至10mm。

在本发明的一种具体实施例中，以尺寸为336mm×115mm厚度为0.3mm的垂直散热片为例进行说明。假设空气自然对流，则根据自然对流相关性，平面实心散热片垂直面上的气流的热传递系数的标称值为6w/m²k。加上蛇形脉动管对一个面的影响，该面的传热系数(包括由于蛇形脉动管造成的表面积增加的传热系数)名义上为7w/m²k，因此两个面的平均值为6.5w/m²k。更进一步的，在散热基板上设置散热通道，两面的平均传热系数现在上升到7.5w/m²k的标称值。此外，除了通过沿着散热片本身的热传导之外，脉动热管从散热基板的根部向散热片的顶部“泵送”热量，与简单的热传导相比，这提高了散热片的效率。在典型的60℃的工作温度下，普通实心散热片值为6w/m²k时，将脉动热管添加到散热片中与同等条件下的普通实心散热片相比，散热量增加21％；普通实心散热片值为6.5w/m²k时，将脉动热管添加到散热片中与同等条件下的普通实心散热片相比，散热量增加30％；普通实心散热片值为7.5w/m²k时，将脉动热管和散热通道同时增加到散热片中与同等条件下的普通实心散热片相比散热量增加45％。

如图7所示，本发明的散热装置由铝或铜或其他合适的高导热性能材料的散热基板21和铝或铜或其他合适的高导热性能材料的蛇形脉动热管2组成。蛇形脉动热管2通过硬钎焊、软钎焊、锡焊、胶粘等方式附着在散热基板21上，以实现良好的热接触。散热片中的散热通道15的散热叶片与脉动热管2在散热基板21的两侧，也可以在散热基板21的同一侧。散热通道15的开口通常指向下方，即第一基板的方向，以使上升的较热的气流向上穿过散热叶片。散热基板的厚度10的范围为0.3mm-2.0mm。脉动热管的内径长度的范围是0.5mm-5mm，脉动热管的直线段19之间的间距23范围是5mm-25mm，直线段19的长度范围在10mm-200mm。

如图8(a)-图8(b)所示，散热基板22也可以由两个散热基板21制成，分别为第一散热基板和第二散热基板。两个散热基板21分别开有相对应的凹槽，对接在一起形成蛇形的脉动热管，第一散热基板的凹槽的深度方向远离第二散热基板，第二散热基板的凹槽的深度方向远离第一散热基板，即两个基板的凹槽都向外，然后粘结在一起，以密封蛇形脉动热管，其内部可以容纳工作流体。同样的，散热片还可在散热基板上增加散热通道，以增强气流和传热。在本发明的一种实施例中，可以通过硬钎焊、软钎焊、焊接或任何其他工艺方法将两个散热基板接合在一起形成牢固连接，并能够将工作流体容纳在脉动热管而不会泄漏。

在本发明的另一种实施例中，第一散热基板和所述第二散热基板之间设置蛇形毛细管组成蛇形的脉动热管。

本发明的散热装置的创新之处不仅在于将散热通道和脉动热管集成到一个装置中，还在于每个改进都趋向于进一步增强另一个改进，彼此增强。散热通道增加了传热系数，脉动热管内部的脉动强度由于散热通道的散热增强使散热基板的整体温差变小而增强。实际上，蛇形脉动热管内部的热流热阻在中低热负荷范围内会随着热负荷的增加而显著下降。类似地，在散热基板表面上发生的自然对流或强制对流提高散热基板的平均温度，即产生相对空气的较高温差以驱动对流过程，从而增加散热效率。特别地，自然对流传热是由散热基板表面温度和空气温度之间的温差驱动实现，因此，较大的温度差增加了自然对流传热系数。通常，空气传热系数较高会降低实心金属散热片的散热效率，但这不影响本发明的散热片的散热效率。因此，所有这些过程都相互增强，创新地创建了“二次增强”，使热性能的总增加量高于单个过程的简单增加。本发明的散热装置相对于现有技术中实心金属散热片的散热装置的热性能提高了约15％至50％。

本发明的散热装置的目的是：(i)使散热基板的外表面温度几乎均匀，并尽可能地让散热片的根部6到其顶部7的温度接近，从而与等效的实心金属散热片相比大大提高了散热片的有效散热效率；(ii)在散热基板上使用散热通道以增加在散热基板的表面上的空气流量和传热系数。这两种技术的新颖结合产生了第三个创新方面，这是通过这些过程中的每个过程彼此增强来创建“二次增强”，因此它们的集成进一步提高了总的散热水平。

图9(a)-图9(c)，提供一种散热装置将散热片与脉动热管结合达到极高的散热效率。采用了脉动热管中两相流冷却系统进行热量的快速传送，与同等的实心金属散热片相比，可大幅提升散热片的散热效率和散热功率容量，最终为电子设备提供更高效的热表面冷却能力。实际上，脉动热管将热量从散热基板的根部传输到散热基板的顶部，使整个散热基板的平均温度更接近散热基板根部的温度，因此提高散热片的散热片效率和对空气的散热率。更进一步的，通过在散热片基板中引入散热通道降低了热量从散热基板表面流到空气的阻力，从而增加了对空气的传热系数，通过自然对流或通过风扇强制对流更便于散热基板的表面向空气传递热量。将这些增强机制耦合在一起，更高的散热率会触发更高的强度脉动，从而提高散热片效率。因此，采用本发明的散热装置时，与包含尺寸相同的实心散热片的散热装置相比，散热片的散热率在散热通道时提高了15％至25％，在使用散热通道时提高了25％至50％。本发明的散热装置提高散热效率以后至少具有以下的优点：(i)可以消除更高的电热负荷；(ii)可以使用更小的散热片尺寸；(iii)第一基板上的阵列中的散热片数量可以更少；(iv)有效降低电子设备的工作温度；(v)散热装置的整体重量更轻。

本发明提供一种散热装置将散热片与脉动热管结合达到极高的散热效率。采用了脉动热管中两相流冷却系统进行热量的快速传送，与同等的实心金属散热片相比，可大幅提升散热片的散热效率和散热功率容量，最终为电子设备提供更高效的热表面冷却能力。更进一步的，通过在散热片基板中引入散热通道以增加气流和传热系数，可以进一步增强这项新技术效果。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。