[發明專利]熱管式電子器件散熱器

無效

• 申請號: 200710074562.0
• 申請日: 2007-05-25
• 公開（公告）號: CN101075592A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 秦彪
• 申請（專利權）人: 秦彪
• 主分類號: H01L23/34
• 分類號: H01L23/34;H01L23/427;H01L23/467;H05K7/20;G06F1/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域

本發明涉及電子器件的散熱技術領域，尤其是采用熱管原理、主要由吸熱塊、空氣換熱器和風扇組成的、用于冷卻半導體集成電路器件的散熱器。

背景技術

隨著半導體集成電路晶體管數量的增加，器件的發熱量也隨著增加。當前計算機芯片CPU發熱和散熱問題已經成了計算機發展過程中的障礙，單純的翅片加風扇結構的散熱器已經滿足不了要求，目前普遍采用熱管式散熱器。

目前用于CPU散熱器中的熱管的基本結構是：兩端封死，內有毛細管結構的銅制管。由于臺式計算機中CPU全是垂直放置，熱管式散熱器中的熱管放置，一是水平，二是U形，熱管中的工質完全靠管內的毛細管結構，如多孔結構、絲網結構、溝槽結構，產生的虹吸原理，使凝成液態的工質回流到蒸發段，實現工質在熱管內循環流動，將熱量從蒸發段輸送到冷凝段，再經冷凝段上的擴展換熱肋片(簡稱肋片)由風扇驅動空氣帶走散出。如果冷凝的工質不能回流到蒸發段(倒U型放置的熱管就有這樣的問題)，或回流量減小，則散熱器完全不能工作，或散熱量減小。由于虹吸力量非常有限，因而這種熱管傳輸的熱量不高，和依靠重力回流式(熱虹吸原理)相比，熱量傳輸相差非常大。

現一般都采用銅管內燒結成的多孔結構實現虹吸，由于工藝要求，熱管必須完成抽真空、灌入工質、封焊成品后才能進行后續工序，因而設置擴展換熱肋片的套片工藝，不能采用現有的高效脹管工藝來保證肋片與熱管有效接觸，即解決接觸熱阻問題。采用錫焊，生產效率不高，焊接時的高溫可能導致熱管爆炸的危險。一片一片地緊配合套入，問題有：對熱管外徑精度要求高，接觸不可靠，生產效率太低。為保證熱管內的毛細管結構不被破壞，熱管的最小彎曲半徑受限制，一般要3倍的熱管直徑，因而散熱器的尺寸不易實現緊湊化設計(尺寸小、重量輕在CPU散熱器中非常重要)。另外，現熱管本身的生產工藝非常復雜，要求非常高，無氧銅管多次在還原性氣體(氫氣)中高溫(上千度)燒結，有燒結成品率的問題，因而熱管本身成本價格非常高。

發明內容

本發明提供一種散熱器，采用熱虹吸原理，提高了熱管輸送熱量的能力，可采用高效、低價的脹管工藝套片，或安全簡易的焊接工藝，大大提高生產效率，并顯著地降低成本造價，提高散熱效率。引入強化傳熱結構，優化結構設計，使散熱器尺寸更緊湊。

本發明所采用的技術方案是：散熱器主要部件有：吸熱塊、空氣換熱器和風扇。空氣換熱器中有多根冷凝管，冷凝管上設置有肋片；吸熱塊有與發熱器件散熱面緊貼的面，稱之為吸熱面，其背面即為吸熱塊的背面，這和現CPU熱管式散熱器類似。本發明的特征在于：吸熱塊中有蒸發水道，蒸發水道之間有相互貫通的通孔；冷凝管的一頭封堵，另一頭與蒸發水道連通，冷凝管與吸熱塊之間的夾角在95°～175°之間。

其工作過程是：散熱器的吸熱塊緊貼在發熱器件的散熱面上，當器件的散熱面為水平放置時，吸熱塊水平放置，空氣換熱器在上方，由于冷凝管與吸熱塊之間的夾角小于175°，冷凝管與水平線的夾角是5°以上；當器件的散熱面垂直放置，即吸熱塊垂直放置，由于冷凝管與吸熱塊之間的夾角大于95°，則安裝散熱器時可實現冷凝管向著與蒸發水道連通的那頭下傾5°以上，因而在蒸發水道吸熱蒸發成汽態的工質進入冷凝管，放熱凝結成液態工質，液態工質在重力作用下，順著冷凝管壁向下流動，回到蒸發水道，實現工質循環。

重力回流比虹吸作用回流量大、距離遠，則熱管內熱量傳輸量高、距離遠，有利于減小冷凝段和蒸發段之間的溫差，提高散熱量。在冷凝管內壁面設置有毛細管結構，使得冷凝管內壁形成厚厚的液膜，蒸汽凝結放出的熱量必須通過液膜，因而不利于凝結傳熱。當為了減小空氣換熱器的尺寸，冷凝管外高度肋化時，冷凝管內的凝結傳熱的熱阻將高于外部空氣對流熱阻，這不利于縮小空氣換熱器尺寸。本發明由于靠重力回流，冷凝管內壁不需設置毛細管結構，有效的減少液膜傳熱過程，并且還可以采用強化凝結傳熱結構，如采用螺旋內肋管，提高凝結傳熱，有效的提高散熱量，減小散熱器尺寸，冷凝管的成本也降低。

吸熱塊中的蒸發水道之間相互貫通有非常重要的作用：一、平衡各蒸發水道的吸熱蒸發量，和各冷凝管的放熱凝結量。如果蒸發水道液態工質不足，但吸熱蒸發量大，液態工質則通過通孔，從液態工質多的蒸發水道補充到少的地方，如果在蒸發水道內表面設置毛細管結構，則更能充分發揮所有蒸發水道的吸熱蒸發能力；通過通孔，汽態工質根據各冷凝管放熱凝結速度，平衡進入各冷凝管，如放熱凝結速度高的冷凝管，則管內氣壓低，進入該冷凝管的汽態工質就多，反之亦反。