基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于相变冷却的增强加固冷板，其包括：冷板壳体，其设置在发热元件上方；两个冷却侧板，其设置所述冷板壳体的两侧边缘位置；相变密封腔体，其设置在所述冷板壳体内并覆盖所述发热元件，所述相变密封腔体内填充有相变工质；其中；所述相变密封腔体向所述冷板壳体的两侧延伸直至与所述冷却侧板接触形成一热传导接触区，以与所述冷却侧板进行热交换；所述相变密封腔体的内部设置有烧结粉末毛细结构。本发明专利技术还提供一种基于相变冷却的增强加固冷板的制备方法。本发明专利技术提供的基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法，可以有效的降低由于传统冷板材料传导系数低造成的温差29～32K，从而有效的改善冷板的散热性能。从而有效的改善冷板的散热性能。从而有效的改善冷板的散热性能。

【技术实现步骤摘要】
基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法


[0001]本专利技术属于电力电子领域的散热设备领域，尤其涉及到一种基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法。

技术介绍

[0002]伴随着计算机、通讯、军用工电子等市场领域的需求，电子技术得到迅猛地发展，特别是电子晶片以摩尔定律(芯片业每过18到24个月就会将产品上整合的晶体数量翻倍)飞速发展。所以我们看到这样一个事实：
①
电子器件的封装密度不断地提高，其热流密度不断地增大；
②
电子产品向微型化方向不断发展，功率更大而外形尺寸日益缩小；
③
电子产品已经渗透到各个领域，其应用环境不断扩大，所使用的热环境差异很大。电子产品的这些发展趋势使得电子设备过热的问题越来越突出。
[0003]电子设备的过热是电子产品失效(高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。且高温会降低电容器的使用寿命；使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降；还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效)的主要原因之一，严重地限制了电子产品性能及可靠性的提高，也降低了设备的工作寿命。
[0004]研究资料表明：半导体元件的温度升高10℃，可靠性降低50％，电子设备的失效原因中有55％是由于温度过高引起的，因此电子设备内的温升必须予以控制，而运用良好的散热措施(散热技术、散热器)是解决散热问题的关键。
[0005]同样，在军工发展领域，伴随着数据计算、采集、记录、处理、交换、存储、通讯及图像处理的要求越来越大，对嵌入式板卡的数据处理能力要求越来越高，故而嵌入式板卡的CPU、FPGA、内存等芯片的主频和运算能力要求也越来越高；从而导致CPU、FPGA、内存等芯片的发热量和热流密度也越来越高；加固传导冷板散热是传统加固机箱嵌入式板卡散热的主要方法和途径。
[0006]传统加固传导冷板依靠冷板金属材料的传导特性，将CPU、FPGA、内存等芯片产生的热量从发热区域传递到两侧的传导接触面，通过热交换至散热机箱侧壁，后通过风冷或液冷将热量传递至系统外；
[0007]如图1所示，为嵌入式板卡发热芯片对应冷板位置，其中，包括有内存1、CPU 2和FPGA3。
[0008](1)从冷板发热元件的位置分布，我们可以发现大热量元件(如CPU、FPGA)和高热流密度元件(如CPU、FPGA)，布置在冷板(PCB相对应用位置)靠近热交换的传导接触面区域，其目的是为了有效减少大功率和高热流密度发热元件热传递传导路径距离，从而减少此段热传导热阻。
[0009](2)通过冷板设计的不同段差，从而保证使用一定厚度导热贴(PAD)条件下，满足不同高度芯片与冷板的有效接触，从而将发热元件产生的热量传递至冷板，并通过冷板将
热量传导交换出去。
[0010]如图2所示，为冷板结构示意图，标示了冷板组件的组装和与机箱的配合使用结构，包括有冷板本体4、位于冷板本体4两侧的传导接触面5、位于传导接触面5一侧并与机箱散热侧壁贴合的锁紧条7以及位于前侧的起拨器6，表面沟槽为减重设计。
[0011]如图3所示，表示了传导冷板与机箱热交换的配合结构；通过锁紧条7将冷板4传导接触面与机箱散热侧壁8紧密的贴合在一起，从而实现传导冷板与机箱的热交换。
[0012]根据傅立叶方程在一定热量条件下，从热源区域到传导接触面的温差与传热面积成反比，与传导途径(厚度)成正比。在发热源输出功率不变条件下，传热距离越大，从热源至传导接触面的温差越大，为了减少此段热阻，高热量和高热流密度芯片一般放置在靠近传导接触面区域。由于热传输能力与导热系数成正比，导热系数越高，此段热阻越小。而铝合金材料的导热系数一般只有140W/m.K～220W/m.K,从以下仿真分析温度梯度图，如图4所示，从CPU热源区到冷板传导接触面的温差在29～32K之间，此段热阻相对仍比较大。

技术实现思路

[0013]本专利技术的一个目的是提供一种基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法并提供至少后面将说明的优点。
[0014]本专利技术的另一个目的是提供一种基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法，可以有效的降低由于传统冷板材料传导系数低造成的温差29～32K，从而有效的改善冷板的散热性能。
[0015]本专利技术的技术方案如下：
[0016]基于相变冷却的增强加固冷板，其包括：
[0017]冷板壳体，其设置在发热元件上方；
[0018]两个冷却侧板，其设置所述冷板壳体的两侧边缘位置；
[0019]相变密封腔体，其设置在所述冷板壳体内并覆盖所述发热元件，所述相变密封腔体内填充有相变工质；
[0020]其中；
[0021]所述相变密封腔体向所述冷板壳体的两侧延伸直至与所述冷却侧板接触形成一热传导接触区，以与所述冷却侧板进行热交换；
[0022]所述相变密封腔体的内部设置有烧结粉末毛细结构。
[0023]优选的是，所述的基于相变冷却的增强加固冷板中，所述热传导接触区设置有多个蒸汽通道，所述蒸汽通道的间隙为2.0mm
‑
5.0mm或者1.5mm
‑
2.5mm。
[0024]优选的是，所述的基于相变冷却的增强加固冷板中，所述冷板壳体的材质为铁、钢、1系铝合金、3系铝合金、5系铝合金、6系铝合金、7系铝合金、黄铜、紫铜、钛合金中的一种。
[0025]优选的是，所述的基于相变冷却的增强加固冷板中，
[0026]所述烧结粉末毛细结构为纯铜、纯铝、铝锌合金或铝硅合金颗粒中的一种，直径为30目
‑
250目；
[0027]所述烧结粉末毛细结构包括有底部烧结层和底部烧结台阶；
[0028]所述底部烧结层的厚度为0.3mm
‑
2.0mm；
[0029]所述底部烧结台阶的形状为圆柱形或条状台阶，底端与所述底部烧结层接触；
[0030]所述圆柱形台阶的直径为2.0mm
‑
10.0mm，所述条状台阶的宽度为1.5mm
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5.0mm。
[0031]优选的是，所述的基于相变冷却的增强加固冷板中，所述相变工质为氟化烷烃、氟化醚、环烷烃及氟里昂替代物中的一种。
[0032]优选的是，所述的基于相变冷却的增强加固冷板中，
[0033]所述相变密封腔体内还设置有加强筋；
[0034]所述加强筋为圆柱形或长条形；
[0035]所述加强筋的间距为25mm
‑
55mm。
[0036]所述的基于相变冷却的增强加固冷板的制备方法，包括以下步骤：
[0037]提供一冷板壳体基板，根据发热元件的分布位置确定相变密封腔体的位置；
[0038]在所述相变密封腔体的位置焊接相变密封腔体和蒸汽通道，之后焊接加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于相变冷却的增强加固冷板，其特征在于，包括：冷板壳体，其设置在发热元件上方；两个冷却侧板，其设置所述冷板壳体的两侧边缘位置；相变密封腔体，其设置在所述冷板壳体内并覆盖所述发热元件，所述相变密封腔体内填充有相变工质；其中；所述相变密封腔体向所述冷板壳体的两侧延伸直至与所述冷却侧板接触形成一热传导接触区，以与所述冷却侧板进行热交换；所述相变密封腔体的内部设置有烧结粉末毛细结构。2.如权利要求1所述的基于相变冷却的增强加固冷板，其特征在于，所述热传导接触区设置有多个蒸汽通道，所述蒸汽通道的间隙为2.0mm
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5.0mm或者1.5mm
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2.5mm。3.如权利要求2所述的基于相变冷却的增强加固冷板，其特征在于，所述冷板壳体的材质为铁、钢、1系铝合金、3系铝合金、5系铝合金、6系铝合金、7系铝合金、黄铜、紫铜、钛合金中的一种。4.如权利要求3所述的基于相变冷却的增强加固冷板，其特征在于，所述烧结粉末毛细结构为纯铜、纯铝、铝锌合金或铝硅合金颗粒中的一种，直径为30目
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250目；所述烧结粉末毛细结构包括有底部烧结层和底部烧结台阶；所述底部烧结层的厚度为0.3mm
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2.0mm；所述底部烧结台阶的形状为圆柱形或条状台阶，底端与所述底部烧结层接触；所述圆柱形台阶的直径为2.0mm
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10.0mm，所述条状台阶的宽度为1.5mm
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5.0mm。5.如权利要求4所述的基于相变冷却的增强加固冷板，其特征在于，所述相变工质为...

【专利技术属性】
技术研发人员：向彪，朱树婷，
申请(专利权)人：上海热拓电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：