一种均热板的制作方法

发布者:admin 发布时间:2019-10-23 18:24 浏览次数:

  随着市面上电子元器件功耗越来越大,封装程度越来越微型化,在狭小空间中,电子元器件的性能与其产生的高热流密度之间的矛盾日益严重,电子元器件的散热问题关系到相关设备的可靠性和寿命。目前,市场上电子元器件的主流散热方式为强制风冷散热和热管散热,热管工作时,将热源的热流从蒸发端传递到冷凝端,再从冷凝端通过热传导的方式传递到表面积较大的热沉, 最后通过对流传热的方式将热量带走。 由于热管的形状所限,其主要实现由热源到热沉的一维方向传热。而在大部分电子元器件中,二维平面上的传热更为常见。针对二维平面散热,另一种相变传热元件——均热板( Vapor chamber)——应运而生。它们虽然结构简单、价格低廉且技术成熟,但因为风扇和热管自身的体积因素,需要较大的安装空间,而且风扇还容易产生噪音,空气的比热容也相对较小,同时安装多根热管也会增大接触热阻,这些因素会成为电子元器件散热的壁垒。因此,适用于狭小空间高热流密度电子元器件散热的超薄均热板就很有必要,均热板是平板热管的一种,可以将聚集在热源表面的热流迅速传递并扩散到大面积的冷凝表面上,从而促进热量的散发,降低元器件表面的热流密度,保证其可靠工作。由于较低的热阻、良好的均温性能以及较高的临界热流密度,均热板目前广泛应用于大功率LED、CPU、GPU和高速硬盘等电子元器件的散热,除了普通热管的优点,它还具有导热速率快、传热能力大、适应性好等优点,可满足高性,可满足高性能电子元器件的散热及空间需求。

  本实用新型是这样实现的,一种均热板,所述均热板包括上壳体,与所述上壳体配合使用的下壳体,所述上壳体与所述下壳体的接触面上设置有冷凝部,所述上壳体的一侧设置有用于灌注冷却液的注液口,所述下壳体与所述上壳体的接触面上设置有蒸发部。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述三维翅片呈“V”形,所述三维翅片夹角为30°。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述三维翅片的高度占所述上壳体厚度的50%-60%,所述三维翅片为超亲水铜表面。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述蒸发部为间距等宽且对称的三维翅微通道。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述三维翅微通道的主体呈“V”形,所述三维翅微通道夹角为10°-20°。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述三维翅微通道两侧的“V”形通道与中间的“V”形通道在深度上的比例为1:3-1:4。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述三维翅微通道两侧的“V”形通道与中间的“V”形通道的夹角保持一致,所述三维翅微通道的表面烧结有球形的铜粉颗粒。

  本实用新型的进一步技术方案是:所述上壳体与所述下壳体的厚度为0.5-0.6mm且厚度保持一致,所述上壳体与所述下壳体为铜制,所述上壳体与所述下壳体为一体注塑成型。

  本实用新型的有益效果是:此设计简单实用,且散热表面积大,其内部的微通道覆盖有铜粉颗粒,表面润湿性能强,整体结构厚度轻薄,在狭小空间也能发挥作用,适应性强,使得此设计拥有更大的适用性,拥有着很大的市场前景。

  图7是本实用新型实施例提供的一种均热板的下壳体的三维翅微通道的平面图的局部剖面图。

  图1示出了本实用新型提供的一种均热板,所述均热板包括上壳体1,与所述上壳体1配合使用的下壳体2,所述上壳体1与所述下壳体2的接触面上设置有冷凝部3,所述上壳体1的一侧设置有用于灌注冷却液的注液口4,所述下壳体2与所述上壳体1的接触面上设置有蒸发部5。

  所述三维翅片的高度占所述上壳体1厚度的50%-60%,所述三维翅片为超亲水铜表面。

  所述三维翅微通道两侧的“V”形通道与中间的“V”形通道在深度上的比例为1:3-1:4。

  所述三维翅微通道两侧的“V”形通道与中间的“V”形通道的夹角保持一致,所述三维翅微通道的表面烧结有球形的铜粉颗粒。

  所述上壳体1与所述下壳体2的厚度为0.5-0.6mm且厚度保持一致,所述上壳体1与所述下壳体2为铜制,所述上壳体1与所述下壳体2为一体注塑成型。

  选用铜板作下壳体2,将铜板用夹具固定在铣床上,用千分表对铣刀的垂直方向和铜板的表面进行校正,调整好刀具工作行程,调整好铣刀铣削挤压深度和偏移量,分别为0.3mm、0.4mm,在铜板上加工出横向微通道结构,将铜板水平旋转90°,对刀后保持铣削挤压深度和偏移量不变,再对铜板表面进行纵向微通道加工,得到三维翅微通道结构,最后对具备三维翅微通道结构的薄片铜片用酒精精洗油污后用蒸馏水清洗,最后用丙酮清洗烘干。将获得的具备三维翅微通道结构的铜片放入箱式电阻炉中,在还原性气氛中进行退火处理,消除因交错铣削所造成的加工硬化,为后续烧结工序做准备,退火温度为380℃,保温时间为1h;采用振动填粉机实现铜粉颗粒在铜片上均匀密实填充,选用粒径为140um-180um的球形的铜粉颗粒,将铜片放入密封烧结炉,抽线%的氢气还原气体,采用900℃-950℃温度进行烧结,烧结时间3h,保温完毕后继续通入保护气体,随炉冷却至室温后再取出。

  蒸发部5设置在下壳体2上,下壳体2的厚度≤0.6mm,下壳体2与热源相接触,在蒸发部5有呈线性阵列,间距等宽且对称的三维翅微通道,三维翅微通道主体呈V形,其夹角在10°-20°,两侧的V形通道在深度上与中间V形通道的比例在1:3到1:4之间,两侧V形通道的夹角与中间微通道夹角保持一致,由于铣削深度为0.3mm,三维翅微通道深度占下壳体厚度的50%-60%,且在三维翅微通道表面烧结有球形铜粉颗粒,阵列的三维翅微通道和烧结的铜粉颗粒所形成的孔隙为汽态工质提供流通通道,在工质流通过程中将热量向四面扩散,同时能使冷凝工质在吸液芯毛细吸力的作用下回流至蒸发部3,实现工质快速循环,提高散热效率。

  同样选取铜板作为上壳体1,将铜板用夹具固定在车床上,用千分表对车刀的垂直方向和铜板的表面进行校正,调整好刀具工作行程,调整好切削深度和偏移量,在铜板上加工出横向微通道结构,将铜板水平旋转90°,对刀后保持铣削挤压深度和偏移量不变,再对铜板表面进行纵向微通道加工,得到三维翅片结构,在铜板侧面中间加工出一注液口,保证液体可以顺利注入。后续清洗、烧结铜粉颗粒与上述蒸发部5处理方式相同,随后对冷凝部3进行表面处理,得到具备超亲水铜表面结构的冷凝部3。

  冷凝部3设置在上壳体1上,上壳体1厚度≤0.6mm,在冷凝部3有呈线性阵列的三维翅片,三维翅片呈倒立的V形,其夹角为30°,三维翅片高度占上壳体厚度的50%-60%。蒸发的工质携带的热量在冷凝部3释放后,在冷凝部3吸液芯毛细吸力和超亲水铜表面的作用下,相对其它只在加工出沟槽的冷凝部3,可以更为快速的形成液态工质,促使工质及时、有效地回流至蒸发部5,提高散热效率。

  在单独完成上壳体1、下壳体2的加工后,将上壳体1、下壳体2装配成一体,壳体四周并进行密封,注液,液态工质可以选用沸点较低的水、乙醇、丙酮等,这里选用比热较大、经济适用的水作为液态工质抽真空完成均热板的制作。

  均热板工作流程,热源产生的热量经下壳体2下表面通过热传导进入蒸发部5,蒸发部5的液态工质在吸热后发生相变,变成汽态,蒸发的汽态工质经由上壳体1、下壳体2的三维翅片与三维翅微通道及所形成的通道在冷凝部3放热后发生相变,变成液态,热量再通过热传导进入上壳体1上表面,扩散到周围空气中,液态工质在冷凝部3超亲水铜表面以及三维翅微通道烧结铜粉复合吸液芯毛细吸力的作用下回流至蒸发部5。

  此设计简单实用,且散热表面积大,其内部的微通道覆盖有铜粉颗粒,表面润湿性能强,整体结构厚度轻薄,在狭小空间也能发挥作用,适应性强,使得此设计拥有更大的适用性,拥有着很大的市场前景。

  以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。


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