一种热管散热器及热管散热系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种热管散热器及热管散热系统。其中，该热管散热器包括：散热器本体、扩散铜板、纵向扩散用热管、横向传导用热管；其中，散热器本体，包括散热片，用于构建风道及散热面积；扩散铜板，用于将热源进行扩散；纵向扩散用热管，采用多根热管构成，用于将扩散铜板扩散出来的热，传导到热管散热器的其余部分；横向传导用热管，采用多根热管构成，用多根热管将热量传导至热管散热器的下部分。通过本发明，将集中热源迅速扩散，并通过外部风机将热量带走，同时需要降低热源与散热器之间的接触热阻。解决了相关技术中高热流密度功率放大管的散热问题，本发明的散热器具有散热效率高、外形尺寸小、热量分布均匀以及性能可靠等特征。
【专利说明】一种热管散热器及热管散热系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及高热流密度热源散热领域，特别是涉及一种热管散热器及热管散热系统。
【背景技术】
[0002]根据国家先导工程ADS项目的需要，需要研制一款功率级别为IKw的功率放大器模块，该功放模块的耗散功率约为520w，功放管安装基座的尺寸为4cm*lcm ;这样功放管的热流密度(heat density)为130w/cm2，为解决该功放管的散热问题，需要设计一款高效散热器(heatsink),来提高功放模块的热可靠性。
[0003]针对相关技术中高热流密度功率放大管的散热问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0004]针对相关技术中高热流密度功率放大管的散热问题，本发明提供了一种热管散热器及热管散热系统，用以解决上述技术问题。
[0005]根据本发明的一个方面，本发明提供了一种热管散热器，其中，该热管散热器包括:散热器本体、扩散铜板、纵向扩散用热管、横向传导用热管；其中，所述散热器本体，包括散热片，用于构建风道及散热面积；所述扩散铜板，用于将热源进行扩散；所述纵向扩散用热管，采用多根热管构成，用于将所述扩散铜板扩散出来的热，传导到所述热管散热器的其余部分；所述横向传导用热管，采用多根热管构成，用多根热管将热量传导至所述热管散热器的下部分。
[0006]进一步，所述散热器本体的外形尺寸大小为104mm*104mm*200mm。
[0007]进一步，所述散热器本体的散热片的间距为2.5mm，所述散热片的高度为90mm，所述散热片的材质为铝。
[0008]进一步，所述扩散铜板，为一块88mm*50mm*4mm的紫铜板。
[0009]进一步，所述纵向扩散用热管，采用5根扁平热管构成。
[0010]进一步，所述横向传导用热管，采用4根直径为6mm的热管构成。
[0011]进一步，所述热管的内部充有工质，如果所述热管的蒸发段吸收了热量，则会将所述蒸发段的水沸腾，形成蒸汽，并在压力的作用下，移动到所述热管的冷凝段；如果上述冷凝段通过外部进行冷却后，蒸汽变为液态水，并通过重力或圆周壁烧结的毛细材料，将液态水回流到上述蒸发段，液态水再吸收热量，形成蒸汽；其中，所述工质为水。
[0012]根据本发明的另一方面，本发明还提供了一种热管散热系统，其中，该系统包括:上述的热管散热器，以及功放管；其中，所述功放管安装在所述热管散热器的扩散铜板上。
[0013]进一步，采用低温焊料将所述功放管与所述扩散铜板之间焊接。
[0014]进一步，所述功放管的耗散功率为520w;所述功放管的安装基座的尺寸为4cm* I cm ;所述功放管的热流密度为130w/cm2。[0015]通过本发明提供的热管散热器及热管散热系统，将集中热源迅速扩散，并通过外部风机将热量带走，同时需要降低热源与散热器之间的接触热阻。解决了相关技术中高热流密度功率放大管的散热问题，本发明的散热器具有散热效率高、外形尺寸小、热量分布均匀以及性能可靠等特征。
[0016]上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的【具体实施方式】。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是根据本发明实施例的热管散热器的结构示意图；
[0018]图2是根据本发明实施例的热管散热系统的结构示意图；
[0019]图3是根据本发明实施例的散热器本体的第一结构示意图；
[0020]图4是根据本发明实施例的散热器本体的第二结构示意图。
【具体实施方式】
[0021 ]为了解决现有技术中高热流密度功率放大管的散热问题，本发明提供了一种热管散热器及热管散热系统，以下结合附图以及实施例，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，并不限定本发明。
[0022]本实施例提供了一种热管散热器，图1是根据本发明实施例的热管散热器的结构示意图，如图1所示，该热管散热器包括:散热器本体、扩散铜板、纵向扩散用热管、横向传导用热管；其中，
[0023]散热器本体，包括散热片，用于构建风道及散热面积。具体地，散热器本体的外形尺寸大小为104mm*104mm*200mm。散热器本体的散热片的间距为2.5mm,散热片的高度为90mm,散热片的材质为招。
[0024]扩散铜板,用于将热源进行扩散。该扩散铜板，为一块88mm*50mm*4mm的紫铜板。
[0025]纵向扩散用热管，采用多根热管(heatpipe)构成，用于将扩散铜板扩散出来的热，传导到热管散热器的其余部分。该纵向扩散用热管，采用5根扁平热管构成。
[0026]横向传导用热管，采用多根热管构成，用多根热管将热量传导至热管散热器的下部分。该横向传导用热管，采用4根直径为6mm的热管构成。
[0027]通过本实施例提供的热管散热器，将集中热源迅速扩散，并通过外部风机将热量带走，同时需要降低热源与散热器之间的接触热阻。解决了相关技术中高热流密度功率放大管的散热问题，本发明的散热器具有散热效率高、外形尺寸小、热量分布均匀以及性能可靠等特征。
[0028]在本实施例介绍的热管中，其内部充有工质(例如:水)，如果热管的蒸发段吸收了热量，则会将蒸发段的水沸腾，形成蒸汽，并在压力的作用下，移动到热管的冷凝段；如果上述冷凝段通过外部进行冷却后，蒸汽变为液态水，并通过重力或圆周壁烧结的毛细材料，将液态水回流到上述蒸发段，液态水再吸收热量，形成蒸汽。
[0029]基于本实施例提供的热管散热器，本实施例提供了一种热管散热系统，图2是根据本发明实施例的热管散热系统的结构示意图，如图2所示，热管散热系统包括上述实施例的热管散热器，以及功放管；其中，该功放管安装在热管散热器的扩散铜板上。
[0030]应用于该热管散热器的功放管的耗散功率为520w ;功放管的安装基座的尺寸为4cm*lcm ;所述功放管的热流密度为130w/cm2。采用低温焊料将所述功放管与所述扩散铜板之间焊接。
[0031]下面对本发明实施例的技术方案的设计思路进行介绍。
[0032]( I)风冷热管散热器设计 [0033]由于功放管的耗散功率为520w，而功放管的基板尺寸为4cm*lcm，功放管的热流密度达到了 130w/cm2。如果采用传统的铝型材散热器，由于该类型散热器的扩散热阻较高，将热量迅速扩散的能力较差，无法将功放管底部集中的热量迅速带出，从而造成功放管基板温度过高，容易将功放管烧毁。为此，必须想办法将功放管基板底部的热量迅速带出，从而充分发挥散热器的散热能力；
[0034]在本发明的设计方案中，利用热管超高导热系数的特点，来起到扩散热量的作用。热管的主要工作原理:热管内部充有工质(例如:水)，当热管蒸发段吸收了热量，则会将该段的水沸腾，形成蒸汽，并在压力的作用下，移动到热管的冷凝段；当冷凝段通过外部进行冷却后，蒸汽变为液态水，并通过重力或圆周壁烧结的毛细材料，将液态水回流到蒸发段，液态水再吸收热量，形成蒸汽；不断地进行着这样的循环，从而起到传导热量的作用；由于热管内部进行的是沸腾换热。因而，冷凝段与蒸发段的热阻非常小，热管的导热系数非常高。一般至少能达到1000w/m.°C。
[0035]本实施例正是基于热管的上述特点，并结合工程实际，设计了一款热管散热器，该散热器主要由散热器本体，纵向扩散用热管部分，横向传导用热管部分以及扩散铜板组成；散热器本体:主要是构建风道及散热面积，其外形尺寸大小为104mm*104mm*200mm,如图3所示的散热器本体的第一结构示意图和图4所示的散热器本体的第二结构示意图。
[0036]为提高散热器的换热系数，散热片的间距应尽量小，为扩大散热面积，散热片应适当高点，根据对散热器的优化仿真设计，选用的散热器片间距为2.5mm，散热片高度为90_，同时为减轻散热器本体的重量，材质选用铝；纵向扩散用热管采用5根扁平热管，用于将扩散铜板扩散出来的热传导到散热器其余部分；扩散铜板用为一块88mm*50mm*4mm的紫铜板，用于将热源先进行扩散，同时便于功放管的安装；横向传导用热管:为更加充分的利用散热器的散热面积，用四根直径为6_的热管将热量传导至散热器的下部分，从而使得散热器整体温度较为均匀。
[0037](2)减小接触热阻措施
[0038]在实际工程中，由于加工精度等原因，造成接触面的平面度以及表面粗糙度不高，在两个平面接触的空间内，会留有空气间隙，如果不采取任何措施，由于空气的导热系数相对较低(约为0.0275w/m.°C )，从而造成接触热阻较高等问题。为此，常规的办法是在两个接触面之间填充导热硅脂，由于导热硅脂的导热系数大约为I~3w/m.?左右，具体到本设计中的功放管与扩散铜板之间的接触热阻，通过实际工程测试，发现两者之间的接触热阻能达到0.10C /V。在本设计中，单个功放管的发热功率为520w，这样就会造成功放管与扩散铜板两者之间存在52度的温差,从而增加了散热器的设计难度。
[0039]在本发明的设计方案中，采用低温焊料将功放管与扩散铜板之间焊接，来实现两者之间温差几乎为O的目的，这样能进一步提高整个散热系统的可靠和稳定性。[0040]本风冷热管散热器的性能指标:
[0041](I)散热能力:热流密度不大于130W/cm2 ；
[0042](2)使用环境温度:-20?40°C ;
[0043](3)外部风机风量不小于2.1m3/min。
[0044]在实际操作过程中，可以使用均温板代替热管，均温板的原理与热管类似，但均温板属于二维传导，而热管属于一维传导，但均温板目前生产工艺不够成熟，废品率较高，故用均热板实现的散热器可靠性不如热管高。
[0045]本实施例提供的热管散热器，将集中热源迅速扩散，并通过外部风机将热量带走，同时需要降低热源与散热器之间的接触热阻。解决了相关技术中高热流密度功率放大管的散热问题，本发明的散热器具有散热效率高、外形尺寸小、热量分布均匀以及性能可靠等特征。
[0046]尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
【权利要求】
1.一种热管散热器，其特征在于，所述热管散热器包括:散热器本体、扩散铜板、纵向扩散用热管、横向传导用热管；其中， 所述散热器本体，包括散热片，用于构建风道及散热面积； 所述扩散铜板，用于将热源进行扩散； 所述纵向扩散用热管，采用多根热管构成，用于将所述扩散铜板扩散出来的热，传导到所述热管散热器的其余部分； 所述横向传导用热管，采用多根热管构成，用多根热管将热量传导至所述热管散热器的下部分。
2.如权利要求1所述的热管散热器，其特征在于，所述散热器本体的外形尺寸大小为104mm* 104mm*200mnin
3.如权利要求1所述的热管散热器，其特征在于，所述散热器本体的散热片的间距为2.5mm,所述散热片的高度为90mm,所述散热片的材质为招。
4.如权利要求1所述的热管散热器，其特征在于，所述扩散铜板，为一块88mm*50mm*4mm 的紫铜板。
5.如权利要求1所述的热管散热器，其特征在于，所述纵向扩散用热管，采用5根扁平热管构成。
6.如权利要求1所述的热管散热器，其特征在于，所述横向传导用热管，采用4根直径为6mm的热管构成。
7.如权利要求1、5或者6中任一项所述的热管散热器，其特征在于，所述热管的内部充有工质，如果所述热管的蒸发段吸收了热量，则会将所述蒸发段的水沸腾，形成蒸汽，并在压力的作用下，移动到所述热管的冷凝段；如果上述冷凝段通过外部进行冷却后，蒸汽变为液态水，并通过重力或圆周壁烧结的毛细材料，将液态水回流到上述蒸发段，液态水再吸收热量，形成蒸汽；其中，所述工质为水。
8.一种热管散热系统，其特征在于，包括权利要求1至7所述的热管散热器，以及功放管；其中，所述功放管安装在所述热管散热器的扩散铜板上。
9.如权利要求8所述的热管散热系统，其特征在于，采用低温焊料将所述功放管与所述扩散铜板之间焊接。
10.如权利要求8或9所述的热管散热系统，其特征在于，所述功放管的耗散功率为520w ;所述功放管的安装基座的尺寸为4cm*lcm ;所述功放管的热流密度为130w/cm2。
【文档编号】H05K7/20GK103763888SQ201310750359
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】邵炫, 高岷民, 乔志光 申请人:北京长峰广播通讯设备有限责任公司