一种自优化散热的双腔室热管制造技术

本发明专利技术提供一种自优化散热的双腔室热管，该热管包括主腔室、次腔室和双向蒸汽开关组，所述主腔室通过所述双向蒸汽开关组与所述次腔室连接。本申请通过两腔室之间的双向蒸汽开关组的开启与关闭，来调节两腔室的充液率和蒸汽压。通过调整所述次腔室外壁的电热装置的热功率，使蒸汽开关有不同的开关阈值。与普通热管相比，本申请提出的自优化散热的双腔室热管的优点在于，可以通过双腔室间的双向蒸汽开关组调整热管的充液率，使之与热源功率和热流密度相匹配，达到最佳散热效率。并且可以有效抑制热管内部蒸汽极限对毛细滤芯液体回流的影响。该热管制作简单，工艺重复性及可靠性良好。

Self optimizing heat dissipation double chamber heat pipe

The invention provides a dual chamber heat pipe with self optimizing heat dissipation, which comprises a main chamber, a secondary chamber and a bidirectional steam switch group, wherein the main chamber is connected with the secondary chamber through the bidirectional steam switch group. The utility model regulates the filling rate and the steam pressure of the two chamber through the opening and closing of the bidirectional steam switch group between the two chambers. By adjusting the thermal power of the electrothermal device on the outer wall of the secondary chamber, the steam switch has different switching thresholds. Compared with the ordinary heat pipe, the invention provides advantages of self optimizing cooling dual chamber heat pipe that can adjust the liquid filling rate of heat pipe group through bidirectional steam dual chamber between the switch to match the heating power and heat flux, to achieve the best cooling efficiency. And it can effectively restrain the influence of the steam limit in the heat pipe on the liquid return of the capillary filter. The utility model has the advantages of simple manufacture, good process repeatability and good reliability.

【技术实现步骤摘要】
一种自优化散热的双腔室热管
本专利技术涉及热交换
，更具体地，涉及一种自优化散热的双腔室热管。
技术介绍
大功率半导体器件高效散热的热交换器一直是现代传热技术的主要应用之一。半导体元器件可靠性的改善率，功率容量的增加率以及结构的微小化等都直接取决于器件本身热控制的完善程度。近年来随着电子技术以及大功率半导体激光技术的迅猛发展，各种电子装置和半导体激光芯片封装逐步向小型化、大功率方向发展，使得元器件内部产生的热流密度迅速增大，极大影响器件的寿命及可靠性。然而，与此同时芯片耗能和散热问题也凸现出来，半导体元器件的发热功率与功率密度急剧增加。CPU芯片的热流密度已由几年前的1×105W/m2左右猛增到现在的1×106W/m2。如果散热不良，产生的过高温度不仅会降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时还会因为模块内部与外部环境间过大的温差而产生过大的热应力，影响芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性。同时，传统的水冷散热严重制约大功率半导体激光器的集成化，而如今其热功率密度已经达到1.5×106W/m2到6.0×106W/m2，对其集成化更加需要高效传热器件。半导体器件的冷却技术将是影响微电子技术与大功率半导体激光技术发展的关键因素，半导体元器件的可靠性及其性能，在很大程度上取决于设备是否具有良好的热设计考虑，以及所采取的散热措施是否有效。热管是目前已知最有效的传热元件之一，在解决半导体器件的散热问题方面具有非常明显的优势。目前，热管技术已经在微电子冷却领域得到广泛应用。但每种热管的最佳散热效率只对应特定功率与热流密度的热源，当热源功率或者热流密度变化时热管的传热性能会受到很大的影响，这种局限性限制了其应用。因此，对热管的结构进行优化和设计具有重要的实际意义。现有热管的最佳工作效率范围狭小，容易受热管充液率和饱和蒸汽压极限的影响，当热源功率或者热流密度不在热管的最佳工作效率区间内时，会导致热管换热单元的热传导效率急剧下降，在半导体器件等热源热量很高的领域中，往往不能满足散热的要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的自优化散热的双腔室热管，该热管相比现有普通热管，具有更宽的最佳工作效率范围。根据本专利技术的一个方面，提供一种自优化散热的双腔室热管，该热管包括主腔室、次腔室和双向蒸汽开关组，所述主腔室通过所述双向蒸汽开关组与所述次腔室连接。热管在传统热管单腔室的基础上增加了次腔室，通过两腔室之间的双向蒸汽开关组的开启与关闭，来调节两腔室的充液率和蒸汽压。进一步，所述主腔室内包括毛细管芯，所述毛细管芯贴附在所述主腔室的内壁，所述主腔室的内部形成中间腔体。进一步，所述主腔室内的所述毛细管芯所占的体积与所述中间腔体的体积相同，所述主腔室充液率为50％，以使其充液率接近于各种工况下对应的最佳充液率。在热管开始工作后，双腔室间气压改变，使开关打开，所述主腔室内工质得到填充或去除，其充液率为对应最佳充液率。进一步，所述次腔室的体积是所述主腔室的中间腔体的体积的二分之一。进一步，所述主腔室和所述次腔室之间设有隔热材料，所述隔热材料采用导热率较低的材料制成，以减少所述主腔室和所述次腔室之间的热传导。进一步，所述毛细管芯与所述次腔室之间通过所述双向蒸汽开关组分隔开。进一步，所述双向蒸汽开关组包含至少两个蒸汽开关。蒸汽开关数量优选为2到10个。所述双向蒸汽开关组的开启与关闭由开关本身弹力与开关两侧主次腔室间的压差共同决定。当所述主腔室和次腔室的蒸汽压力不同，且两者的压力差值大于所述双向蒸汽开关组的开关闭合弹力时，双向蒸汽开关打开，蒸汽由气压大的腔室流入气压小的腔室。所述双向蒸汽开关组在所述毛细管芯的蒸发段，由于热流密度不均匀或者热流密度过高而产生局部蒸汽压过高时，局部区域对应的蒸汽开关打开，其他区域蒸汽开关仍然关闭，从而调节局部蒸汽压而不影响其他部分的工质流动。进一步，所述毛细管芯采用烧结结构、织网结构、蜂巢结构或3D打印结构，不适用于槽道结构。进一步，在所述主腔室和次腔室衔接的腔壁上，所述毛细管芯的靠近所述主腔室一侧的毛细密度高于靠近所述次腔室一侧的毛细密度，所述毛细管芯的靠近所述主腔室一侧的毛细间隙大于靠近所述次腔室一侧的毛细间隙。所述毛细管芯的靠近所述主腔室一侧的毛细密度较高毛细间隙较大，靠近所述次腔室一侧的毛细密度较低毛细间隙较小，毛细间隙的大小范围为50目到400目。进一步，所述次腔室的侧壁连接有电热装置。通过所述电热装置，可使热管适应不同工况和使用完成后初始化热管。进一步，所述电热装置包括电热片，所述电热片通过导热硅脂或铟膜与所述次腔室的远离所述毛细管芯一侧的外壁良好接触，加热功率的范围为1W-50W。不同的热功率下的所述双向蒸汽开关组有不同的阈值，以适应各种工况。所述热管工作结束后，用所述次腔室外壁的电热装置对所述次腔室进行加热，以使工质回流，完成热管的初始化。基于上述技术方案，本申请提出的热管在传统热管单腔室的基础上增加了次腔室，通过两腔室之间的双向蒸汽开关组的开启与关闭，来调节两腔室的充液率和蒸汽压。通过调整所述次腔室外壁的电热装置的热功率，使蒸汽开关有不同的开关阈值。与普通热管相比，本申请提出的自优化散热的双腔室热管的优点在于，可以通过双腔室间的双向蒸汽开关组调整热管的充液率，使之与热源功率和热流密度相匹配，达到最佳散热效率。并且可以有效抑制热管内部蒸汽极限对毛细滤芯液体回流的影响。此外，该热管可以使用3D打印技术实现热管的一体化制备，该热管制作简单，工艺重复性及可靠性良好。附图说明图1为根据本专利技术实施例的双腔室热管结构的示意图；图2为根据本专利技术实施例的毛细管芯的示意图；图3为根据本专利技术实施例的毛细管芯的局部放大图。图中标记：1.主腔室，2.次腔室，3.双向蒸汽开关组，4.电热装置，5.毛细管芯，6.毛细间隙，7.热源。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在根据本申请的一个实施例中，参考图1，提供一种自优化散热的双腔室热管，该热管包括主腔室1、次腔室2和双向蒸汽开关组3，所述主腔室1通过所述双向蒸汽开关组3与所述次腔室2连接。热管在传统热管单腔室的基础上增加了次腔室2，通过两腔室之间的双向蒸汽开关组3的开启与关闭，来调节两腔室的充液率和蒸汽压。所述主腔室1内包括毛细管芯5，所述毛细管芯5贴附在所述主腔室1的内壁，所述主腔室1的内部形成中间腔体。所述主腔室1内的所述毛细管芯5所占的体积与所述中间腔体的体积相同，所述主腔室1充液率为50％。使其充液率接近于各种工况下对应的最佳充液率。在热管开始工作后，双腔室间气压改变，使开关打开，所述主腔室1内工质得到填充或去除，其充液率为对应最佳充液率。所述次腔室2的体积是所述主腔室1的中间腔体的体积的二分之一。所述主腔室1和所述次腔室2之间设有隔热材料，所述隔热材料采用导热率较低的材料制成，以减少所述主腔室1和所述次腔室2之间的热传导。所述毛细管芯5与所述次腔室2之间通过所述双向蒸汽开关组3分隔开。所述双向蒸汽开关组3包含至少两个蒸汽开关。蒸汽开关数量优选为2到10个。所述双向蒸汽开关组3的开启与关闭由开关本身弹力与开关两侧主次腔室2间的压差共同决本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，包括主腔室、次腔室和双向蒸汽开关组，所述主腔室通过所述双向蒸汽开关组与所述次腔室连接。

【技术特征摘要】
1.一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，包括主腔室、次腔室和双向蒸汽开关组，所述主腔室通过所述双向蒸汽开关组与所述次腔室连接。2.根据权利要求1所述的一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，所述主腔室内包括毛细管芯，所述毛细管芯贴附在所述主腔室的内壁，所述主腔室的内部形成中间腔体。3.根据权利要求2所述的一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，所述主腔室内的所述毛细管芯所占的体积与所述中间腔体的体积相同，所述主腔室充液率为50％。4.根据权利要求3所述的一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，所述次腔室的体积是所述主腔室的中间腔体的体积的二分之一。5.根据权利要求1所述的一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，所述主腔室和所述次腔室之间设有隔热材料。6.根据权利要求2所述的一种自优化散热的双腔室热管，其特征在于，所述毛细管芯与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尧舜，罗校迎，邱运涛，贾冠男，成健，吕朝晨，朗陆广，王智勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11