[發(fā)明專利]多級(jí)蒸發(fā)微通道熱管傳熱散熱裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410436745.2
• 申請(qǐng)日: 2014-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104154787A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐尚龍;王偉杰;郭宗坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): F28D15/02
• 分類(lèi)號(hào): F28D15/02
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及散熱裝置，具體涉及一種微通道與熱管相結(jié)合，并采用多級(jí)蒸發(fā)對(duì)多個(gè)熱源散熱的裝置。

背景技術(shù)

從二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始，各國(guó)開(kāi)始研究和發(fā)展多芯片組件技術(shù)，到二十一世紀(jì)進(jìn)入全面應(yīng)用。當(dāng)前電子設(shè)備的封裝的主要技術(shù)為MCM(multi-chip?module)，采用MCM技術(shù)封裝的電子元件密度也逐漸增多。同時(shí)近些年來(lái)的電子元器件和芯片的功率不斷增大，芯片在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生熱量，熱流密度不斷提高。如果芯片產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)散發(fā)出去，會(huì)使元件結(jié)溫不斷升高，影響系統(tǒng)的正常工作和可靠性，甚至?xí)瓜到y(tǒng)失效，縮短系統(tǒng)的壽命。根據(jù)阿倫尼斯定律，溫度每升高10℃，化學(xué)反應(yīng)的速率也會(huì)增加一倍，失效速率也同樣增加一倍。因此對(duì)多芯片組件的熱管理技術(shù)逐漸成為了國(guó)內(nèi)外研究人員的研究課題。

迄今為止，在眾多的傳熱元件中，熱管是最有效的傳熱元件之一，它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與相變介質(zhì)的快速熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。平板熱管屬于熱管的一種，其結(jié)構(gòu)如圖1a和圖1b所示。通常由金屬材料構(gòu)成，利用兩個(gè)平板201、202形成管道20，并在兩平板201、202的內(nèi)壁上形成等厚度的毛細(xì)結(jié)構(gòu)203，并填充工作介質(zhì)，它的工作原理與傳統(tǒng)的熱管相同，但其形狀非常有利于對(duì)點(diǎn)熱源及多個(gè)熱源進(jìn)行擴(kuò)散。熱管除了直線型外，還可以彎曲，以便將熱量傳遞到需要的方向。平板熱管由于具有比傳統(tǒng)的熱管更大的熱傳導(dǎo)面積，且結(jié)構(gòu)輕而薄，能緊密的跟其他散熱元件結(jié)合在一起，有利于縮小封裝空間，而被大量應(yīng)用在大型散熱面的電子產(chǎn)品上。平板熱管與傳統(tǒng)熱管相比能有效解決散熱和減小溫度梯度，平板熱管通過(guò)降低熱阻而達(dá)到高熱導(dǎo)率，保證熱量快速及時(shí)傳遞；用熱管基板代替金屬基板能大大強(qiáng)化基板的熱擴(kuò)散，熱板的等溫性也有益于降低熱阻，為與電子元件一體化封裝提供了條件，為此平板熱管正成為國(guó)內(nèi)外研究人員研究的一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。作為與熱管配合使用的另一種傳熱元件微通道熱沉(簡(jiǎn)稱為熱沉，通常由金屬材料如銅或鋁構(gòu)成)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，熱沉1由底座11、蓋板12組成。底座11內(nèi)部分布有陣列的微通道111和連接微通道111的分液腔112，底座11上還設(shè)置有熱管安裝孔113和注液口114。熱沉安裝在熱源上用于吸熱時(shí)，就構(gòu)成于蒸發(fā)器，當(dāng)其連接到熱管的另一端用于散熱時(shí)，就構(gòu)成冷凝器或散熱器。

熱管與熱沉結(jié)合構(gòu)成的工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括蒸發(fā)器1(或稱為蒸發(fā)端)、冷凝器3(或稱為冷凝端)和熱管2。其中，蒸發(fā)器1和冷凝器3均為微通道結(jié)構(gòu)，如圖2所示，熱管2的結(jié)構(gòu)如圖1a和圖1b所示。工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部抽成真空并填充液體工質(zhì)，液體工質(zhì)在蒸發(fā)端吸熱蒸發(fā)，蒸汽在冷凝端散熱冷凝成液體，并在熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)作用下流回蒸發(fā)器，利用工質(zhì)相變循環(huán)將熱量由蒸發(fā)端傳遞到冷凝端，所以圖3所示工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)也稱為熱傳遞裝置。

目前利用熱沉和平板熱管對(duì)高功率發(fā)熱電子元件散熱時(shí)，主要在冷凝端加裝翅片，如圖2中在蓋板12上安裝翼片，然后采用自然對(duì)流或強(qiáng)制風(fēng)冷的方式散熱，如筆記本CPU的散熱結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，平板熱管已用于LED等熱源散熱的行業(yè)，但針對(duì)不同功率的多個(gè)熱源散熱時(shí)，各個(gè)熱源之間的蒸發(fā)端采用串聯(lián)的方式連接在一起，通常由一個(gè)熱沉吸收多個(gè)熱源的熱量，各個(gè)熱源之間可能存在熱耦合作用，單位體積的功率損耗很大，而各個(gè)發(fā)熱電子元件的工作溫度可能不同，難以均溫化，將出現(xiàn)局部和整體的熱失效和熱退化，同時(shí)平板熱管吸收高功率電子元件散發(fā)的熱量后，下板上的毛細(xì)結(jié)構(gòu)內(nèi)的工作介質(zhì)蒸發(fā)以帶走熱量，此時(shí)若毛細(xì)結(jié)構(gòu)太厚，其內(nèi)工作介質(zhì)蒸發(fā)的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，傳熱效率不高；若毛細(xì)結(jié)構(gòu)太薄，毛細(xì)結(jié)構(gòu)容易發(fā)生干燥甚至燒損，從而影響熱管的工作性能。若蒸汽或通過(guò)毛細(xì)作用回流的液體傳輸距離過(guò)遠(yuǎn)時(shí)，阻力急劇增大，可能導(dǎo)致蒸發(fā)端出現(xiàn)干燥的跡象，降低傳熱效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，提供一種多級(jí)蒸發(fā)微通道熱管傳熱散熱裝置，采用多級(jí)蒸發(fā)和熱源隔離技術(shù)，提高熱傳遞效率。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題，采用的技術(shù)方案是，多級(jí)蒸發(fā)微通道熱管傳熱散熱裝置，包括由吸熱端和散熱端構(gòu)成的兩個(gè)獨(dú)立工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)，所述吸熱端包括至少一個(gè)熱沉，每個(gè)熱沉通過(guò)熱管與冷凝器連接，所述冷凝器根據(jù)連接的熱沉數(shù)量分成相應(yīng)的幾個(gè)部分，每一部分及其連接的熱管和熱沉構(gòu)成一個(gè)封閉獨(dú)立的工質(zhì)循環(huán)空間；所述散熱端包括蒸發(fā)器和散熱器，所述蒸發(fā)器與冷凝器連接吸收其熱量，并通過(guò)熱管傳遞熱量到散熱器，所述蒸發(fā)器和冷凝器結(jié)構(gòu)相同，所述冷凝器、蒸發(fā)器和散熱器具有微通道結(jié)構(gòu)。