[發(fā)明專利]一種環(huán)路熱管用蒸發(fā)器及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210370311.8
• 申請日: 2012-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN102853701A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張莉;許佳寅;徐宏;鐘杰;徐鵬;馮緣;曾文亮;吳松;朱成祥
• 申請（專利權(quán)）人: 華東理工大學(xué)
• 主分類號(hào): F28D15/04
• 分類號(hào): F28D15/04;H01L23/427
• 代理公司: 上海三和萬國知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及蒸發(fā)器技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種環(huán)路熱管用蒸發(fā)器及其應(yīng)用。?

【背景技術(shù)】

隨著電于技術(shù)的發(fā)展，芯片的散熱問題已經(jīng)顯得尤為突出。目前，傳統(tǒng)電子芯片冷卻中最為常用的是由肋片及風(fēng)扇組成的強(qiáng)制對流風(fēng)冷系統(tǒng)。這種冷卻方式的能力極其有限，最大僅能提供1W/cm²的傳熱能力，而當(dāng)前的近200W的耗散功率已達(dá)風(fēng)冷散熱的極限。為了保證芯片的工作穩(wěn)定性、可靠性，減少計(jì)算出錯(cuò)率，使芯片工作在一個(gè)理想的溫度范圍內(nèi)，一直是芯片熱設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難題。環(huán)路熱管具有結(jié)構(gòu)緊湊簡單、散熱能力強(qiáng)、安全穩(wěn)定且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，它繼承了傳統(tǒng)熱管利用吸液芯的抽吸力來實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)的自動(dòng)循環(huán)這一優(yōu)點(diǎn)，因此不需要額外加裝泵來維持冷卻介質(zhì)循環(huán)。?

目前困擾著環(huán)路熱管發(fā)展的最大問題仍然集中在環(huán)路熱管蒸發(fā)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和吸液芯材料的選取。?

首先，蒸發(fā)區(qū)內(nèi)部蒸汽排出凹槽與凸起部分的分布設(shè)計(jì)問題。設(shè)計(jì)時(shí)，希望獲得較寬的蒸汽排出凹槽以降低蒸汽排出時(shí)的阻力損失，同時(shí)也希望凸起部分面積較大以快速將底板熱量傳導(dǎo)至吸液芯表面。但是實(shí)際應(yīng)用中，受制于空間的大小，兩者不可兼顧。為了解決該問題，蒸發(fā)區(qū)的蒸汽排出凹槽與凸起部分兩者之間的分布設(shè)計(jì)必須獲得一個(gè)最優(yōu)的投影面積匹配，從而獲?得較優(yōu)的熱量從底板傳導(dǎo)至吸液芯表面的速度和蒸汽排出的效率。?

其次，吸液芯材料的選取存在著極大的矛盾。采用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料制造吸液芯可以獲得較低的熱阻提升蒸發(fā)區(qū)的傳熱性能，但卻增加了儲(chǔ)液區(qū)的熱泄露，降低了啟動(dòng)速度和極限熱功率。反之，采用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料制造吸液芯可以抑制儲(chǔ)液區(qū)的熱泄露，使吸液芯兩側(cè)獲得較高的溫差，實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)，但是卻增加了蒸發(fā)區(qū)的熱阻，降低了蒸發(fā)區(qū)的傳熱性能。因此如何在導(dǎo)熱系數(shù)高和低的材料中選擇適宜材料制造吸液芯一直困擾著設(shè)計(jì)者。為了解決該問題，提出了各自厚度可控的銅和鎳雙層燒結(jié)型吸液芯來解決這一矛盾，將銅吸液芯層放置在蒸發(fā)器一側(cè)，鎳吸液芯層放置在儲(chǔ)液區(qū)一側(cè)，既可以獲得高效的蒸發(fā)且強(qiáng)化了傳熱，又可以抑制熱泄漏。至于兩層吸液芯之間的合適厚度比，可以通過實(shí)驗(yàn)來獲得一個(gè)理想的結(jié)果。?

此外，吸液芯與蒸發(fā)器配合也對散熱性能有很大的影響。吸液芯與蒸發(fā)器底板要實(shí)現(xiàn)一體化燒結(jié)，盡可能降低兩者之間的接觸熱阻，同時(shí)吸液芯與蒸發(fā)器上蓋板之間要緊密配合，防止出現(xiàn)高壓蒸汽通過兩者之間的配合間隙直接回流到儲(chǔ)液槽內(nèi)部。?

本蒸發(fā)器通過上述提出的三項(xiàng)新設(shè)計(jì)，可以明顯強(qiáng)化蒸發(fā)區(qū)的傳熱性能，同時(shí)大幅度地抑制熱泄漏，使整個(gè)環(huán)路熱管散熱器性能有了顯著地提升。?

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)路熱管用蒸發(fā)器及其制備方法。?

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：?

一種環(huán)路熱管用蒸發(fā)器，包含底板和上蓋板，底板和上蓋板焊接連接；?其特征在于，所述的蒸發(fā)器為平板式蒸發(fā)器；所述的銅和鎳雙層燒結(jié)型吸液芯設(shè)置在底板上部。?

所述的加熱底板的材料采用導(dǎo)熱能力較高的紫銅，以減小熱阻，使底板的熱量快速傳導(dǎo)至吸液芯表面；?

所述的上蓋板的材料采用黃銅，以減小蒸發(fā)器壁面的熱泄漏，同時(shí)又能夠使底板和上蓋板焊接連接；?

所述的底板上切割出蒸汽排出凹槽，使蒸汽排出凹槽的總面積和凸起部分的總面積比為1∶1時(shí)，可以保證熱量及時(shí)傳遞到吸液芯底部，又具有足夠的空間方便蒸汽排出；?

所述的銅和鎳雙層燒結(jié)型吸液芯設(shè)置在底板上部，與底板采用一體式燒結(jié)，起到降低熱阻提高蒸發(fā)區(qū)傳熱效率的作用，銅和鎳雙層燒結(jié)型吸液芯在不銹鋼模具中燒結(jié)而成，為了方便脫模，模具邊上設(shè)有1度的拔模斜度，因此吸液芯側(cè)邊同樣也具有1度的斜度。上蓋板與吸液芯配合處做出斜度為1度的傾斜面來配合所制造的吸液芯，以防止高壓蒸汽回流的現(xiàn)象的出現(xiàn)。?

吸液芯為銅和鎳雙層燒結(jié)型吸液芯，成品分為上下兩層，且各自的厚度可以分別控制，上層為鎳層，孔穴較小(5～10μm)，起到控制熱泄漏和提供較高的毛細(xì)壓力極限的作用，下層為銅層，孔穴較大(18～20μm)，整個(gè)吸液芯的孔隙率約為60％。演示實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)銅層和鎳層的厚度比為2∶3時(shí)，蒸發(fā)器能夠達(dá)到最優(yōu)的啟動(dòng)速度和最高的極限功率。?

一種環(huán)路熱管用蒸發(fā)器通過蒸汽排出管道以及液體回流管道與翅片式冷凝器形成一個(gè)環(huán)路。?

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：?