[實用新型]與平板熱管一體化設計的散熱裝置

無效

• 申請號: 200720173829.7
• 申請日: 2007-10-26
• 公開（公告）號: CN201119229Y
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發明（設計）人: 劉中良;張明
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/34;H01L23/46
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉萍

技術領域

本實用新型涉及一種與平板熱管一體化設計的散熱裝置，可被用于冷卻電子器件。

背景技術

微電子芯片的應用遍及日常生活、生產乃至國家安全的各個層面，在現代文明中扮演著極其重要的角色。芯片發展的趨勢是進一步提高集成度、減小芯片尺寸及增大時鐘頻率。1971年Intel公司生產的第一個芯片只含2300個晶體管，而如今在一枚Intel奔騰4芯片上，就集成有4200萬個晶體管。高集成度對于計算機性能的升級是有利的。然而，與此同時芯片耗能和散熱問題也凸現出來。電子技術迅速發展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，使得電子器件的發熱功率與功率密度也急劇增加。CPU芯片的發熱量已由幾年前的10W/cm²左右猛增到現在的將近100W/cm²。因此，如果散熱不良，產生的過高溫度會降低芯片的工作穩定性，增加出錯率，同時模塊內部與其外部環境間所形成的熱應力會直接影響到芯片的電性能、工作頻率、機械強度及可靠性。因此，電子器件的冷卻技術將是影響微電子技術發展的關鍵因素。

電子芯片小型化與高發熱量的趨勢，使電子設備的散熱凸現出以下幾個顯著特點：(1)局部熱流密度非常大，熱量容易在局部發生聚集，導致局部溫度過高。(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。(3)在電子設備啟動過程中，容易出現瞬時功率“飆升”，燒壞電子設備。(4)需要散失的總熱流量并不是很大。所以，解決電子設備冷卻的關鍵是如何減小過高的局部熱流密度，防止出現熱點而導致設備故障。為了增強散熱效果，一般都會在電子芯片上加裝一個比芯片體積大得多的熱沉。這樣很容易在芯片表面產生熱點。而且使熱沉具有較大的擴散熱阻，內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。

現在為了防止電子芯片內部由于熱量聚積而產生熱點的基本手段仍是在芯片表面貼附具有高導熱系數的實心純銅板均熱器，將電子芯片內部產生的熱量以熱傳導的方式引出到散熱器翅片上，再借翅片與其周圍空氣的對流作用將熱量傳入氣流中帶走。實心純銅板均熱器在一定程度上能起到使熱流量分布均勻，消除熱點的作用。但是由于銅的導熱系數有限，其均熱效果并不是非常明顯。如果采用鉆石之類的超導熱材料制造均熱器，其昂貴的價格將使其難以普及到實際應用中。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，這是因為其利用了熱管高效導熱的原理。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很小的截面積進行遠距離的傳輸而無需外加動力。熱管的一端為蒸發段，另一端為冷凝段。當熱管的一端受熱時毛細芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段。如此循環往復，熱量由熱管的一端傳至另一端。傳統的熱管呈管狀，依據熱管內部毛細結構的不同可以分為：絲網熱管，槽道熱管和燒結熱管。平板熱管均熱器是一種異型熱管，它的冷凝段和蒸發段被兩個平面(蒸發面和冷凝面)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。蒸發面與冷凝面之間的距離一般只有幾毫米。

現在的平板熱管均熱器與熱沉都是分開設計和制造，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。應用時，要在接觸面涂抹導熱硅脂后，再將平板熱管均熱器貼附在熱沉的底面。分體化設計雖然便于加工制造，但是均熱器和熱沉之間的接觸熱阻較大，極大的影響了整個散熱裝置的工作性能。并且傳統的設計主要將平板熱管均熱器應用于風冷翅片式熱沉，而將之應用于液冷式熱沉的設計還幾乎沒有。液冷式熱沉為了增加換熱面積，其體積也同樣會比電子芯片表面積大得多。在液體對流換熱面上也會出現溫度不均勻現象，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冷翅片式熱沉以及液冷式熱沉的一體化設計將會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。

實用新型內容

本實用新型旨在解決傳統的平板熱管均熱器與熱沉分體化設計中接觸熱阻較大等缺點，對平板熱管均熱器和熱沉進行了一體化設計。并且在平板熱管內部設計了槽道式毛細結構，有利于強化平板熱管內部的相變換熱和工質循環。同時，還在液冷式熱沉的換熱通道內采用了微型肋結構，能較大的提高液冷式熱沉的對流換熱效率。

本實用新型所采用的技術方案參見圖2。整個散熱裝置由由風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。