[發(fā)明專利]與平板熱管均熱器一體化設(shè)計(jì)的散熱裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710176363.0
• 申請(qǐng)日: 2007-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN101141871A
• 公開（公告）日: 2008-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉中良;張明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H05K7/20
• 分類號(hào): H05K7/20;H01L23/34;H01L23/46
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種與平板熱管均熱器一體化設(shè)計(jì)的散熱裝置，可被用于冷卻電子器件。

背景技術(shù)

微電子芯片的應(yīng)用遍及日常生活、生產(chǎn)乃至國(guó)家安全的各個(gè)層面，在現(xiàn)代文明中扮演著極其重要的角色。芯片發(fā)展的趨勢(shì)是進(jìn)一步提高集成度、減小芯片尺寸及增大時(shí)鐘頻率。1971年Intel公司生產(chǎn)的第一個(gè)芯片只含2300個(gè)晶體管，而如今在一枚Intel奔騰4芯片上，就集成有4200萬(wàn)個(gè)晶體管。高集成度對(duì)于計(jì)算機(jī)性能的升級(jí)是有利的。然而，與此同時(shí)芯片耗能和散熱問(wèn)題也凸現(xiàn)出來(lái)。電子技術(shù)迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，使得電子器件的發(fā)熱功率與功率密度也急劇增加。CPU芯片的發(fā)熱量已由幾年前的10W/cm²左右猛增到現(xiàn)在的將近100W/cm²。因此，如果散熱不良，產(chǎn)生的過(guò)高溫度會(huì)降低芯片的工作穩(wěn)定性，增加出錯(cuò)率，同時(shí)模塊內(nèi)部與其外部環(huán)境間所形成的熱應(yīng)力會(huì)直接影響到芯片的電性能、工作頻率、機(jī)械強(qiáng)度及可靠性。因此，電子器件的冷卻技術(shù)將是影響微電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

電子芯片小型化與高發(fā)熱量的趨勢(shì)，使電子設(shè)備的散熱凸現(xiàn)出以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：(1)局部熱流密度非常大，熱量容易在局部發(fā)生聚集，導(dǎo)致局部溫度過(guò)高。(2)熱流密度分布不均勻，高熱流密度通常僅僅局限在很小的空間范圍內(nèi)。(3)在電子設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程中，容易出現(xiàn)瞬時(shí)功率“飆升”，燒壞電子設(shè)備。(4)需要散失的總熱流量并不是很大。所以，解決電子設(shè)備冷卻的關(guān)鍵是如何減小過(guò)高的局部熱流密度，防止出現(xiàn)熱點(diǎn)而導(dǎo)致設(shè)備故障。為了增強(qiáng)散熱效果，一般都會(huì)在電子芯片上加裝一個(gè)比芯片體積大得多的熱沉。這樣很容易在芯片表面產(chǎn)生熱點(diǎn)。而且使熱沉具有較大的擴(kuò)散熱阻，內(nèi)部截面上的熱流密度分布非常不均勻，熱沉的散熱效果受到了一定的影響。

現(xiàn)在為了防止電子芯片內(nèi)部由于熱量聚積而產(chǎn)生熱點(diǎn)的基本手段仍是在芯片表面貼附具有高導(dǎo)熱系數(shù)的實(shí)心純銅板均熱器，將電子芯片內(nèi)部產(chǎn)生的熱量以熱傳導(dǎo)的方式引出到散熱器翅片上，再借翅片與其周圍空氣的對(duì)流作用將熱量傳入氣流中帶走。實(shí)心純銅板均熱器在一定程度上能起到使熱流量分布均勻，消除熱點(diǎn)的作用。但是由于銅的導(dǎo)熱系數(shù)有限，其均熱效果并不是非常明顯。如果采用鉆石之類的超導(dǎo)熱材料制造均熱器，其昂貴的價(jià)格將使其難以普及到實(shí)際應(yīng)用中。因此提出了平板熱管式均熱器。

平板熱管式均熱器能最大限度的使熱流密度趨于均勻，這是因?yàn)槠淅昧藷峁芨咝?dǎo)熱的原理。熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將大量熱量通過(guò)很小的截面積進(jìn)行遠(yuǎn)距離的傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。熱管的一端為蒸發(fā)段，另一端為冷凝段。當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)往復(fù)，熱量由熱管的一端傳至另一端。傳統(tǒng)的熱管呈管狀，依據(jù)熱管內(nèi)部毛細(xì)結(jié)構(gòu)的不同可以分為：絲網(wǎng)熱管，槽道熱管和燒結(jié)熱管。平板熱管均熱器是一種異型熱管，它的冷凝段和蒸發(fā)段被兩個(gè)平面(蒸發(fā)面和冷凝面)所代替，又叫做扁平熱管。在這種熱管中，在垂直于熱流方向上的尺寸較大，但在平行于熱流方向上的尺寸很小。蒸發(fā)面與冷凝面之間的距離一般只有幾毫米。

現(xiàn)在的平板熱管均熱器與熱沉都是分開設(shè)計(jì)和制造，如圖1所示。平板熱管上蓋板2和平板熱管底板5焊接密封形成平板熱管腔體。應(yīng)用時(shí)，要在接觸面涂抹導(dǎo)熱硅脂后，再將平板熱管均熱器貼附在熱沉的底面。分體化設(shè)計(jì)雖然便于加工制造，但是均熱器和熱沉之間的接觸熱阻較大，極大的影響了整個(gè)散熱裝置的工作性能。并且傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要將平板熱管均熱器應(yīng)用于風(fēng)冷翅片式熱沉，而將之應(yīng)用于液冷式熱沉的設(shè)計(jì)還幾乎沒有。液冷式熱沉為了增加換熱面積，其體積也同樣會(huì)比電子芯片表面積大得多。在液體對(duì)流換熱面上也會(huì)出現(xiàn)溫度不均勻現(xiàn)象，從而影響液冷式熱沉的換熱效率。因此，平板熱管均熱器與風(fēng)冷翅片式熱沉以及液冷式熱沉的一體化設(shè)計(jì)將會(huì)有效的減少接觸熱阻，使換熱表面溫度趨于均勻，從而提高電子散熱裝置的換熱效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決傳統(tǒng)的平板熱管均熱器與熱沉分體化設(shè)計(jì)中接觸熱阻較大等缺點(diǎn)，對(duì)平板熱管均熱器和熱沉進(jìn)行了一體化設(shè)計(jì)。并且在平板熱管內(nèi)部設(shè)計(jì)了槽道式毛細(xì)結(jié)構(gòu)，有利于強(qiáng)化平板熱管內(nèi)部的相變換熱和工質(zhì)循環(huán)。同時(shí)，還在液冷式熱沉的換熱通道內(nèi)采用了微型肋結(jié)構(gòu)，能較大的提高液冷式熱沉的對(duì)流換熱效率。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案參見圖2。整個(gè)散熱裝置由由風(fēng)冷翅片式熱沉或液冷式熱沉與平板熱管底板5上下焊接而成。