一种高性能气液两相热交换散热器及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种高性能气液两相热交换散热器及其制作方法，旨在提供一种能有效解决现有常规强制风冷散热器存在的热量分布不均匀、高温区主要集中于基板热源部区域且翅片热交换效率不高、温差较大等问题的高性能散热器。本发明专利技术的散热器包括密封连通的相变基板和换热区，相变基板为呈一端开口的中空腔体，其相变壳体表面烧结有多元烧结粉末毛细结构；换热区包括换热器和由汇流室、蒸汽腔室、连通室构成的密闭腔体，在该密闭腔体内注入一定量相变工质，汇流室作为相变基板和换热器的承接部分置于二者中间，蒸汽腔室和连通室相对设置在换热器的两侧，蒸汽腔室连通于汇流室，连通室连通于汇流室和相变基板。通于汇流室和相变基板。通于汇流室和相变基板。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能气液两相热交换散热器及其制作方法


[0001]本专利技术涉及大功率散热
，特别是涉及一种高性能气液两相热交换散热器及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着通讯、新能源、轨道交通、智能电网、医疗设备等大功率半导体器件市场需求的不断增加，GTO、MCT、IGBT等大功率半导体器件得到迅猛地发展，所以如今要面对较为棘手的散热需求现状：首先，大功率半导体器件的封装密度不断地提高，其热流密度不断地增大；其次，由于大功率半导体器件性能的不断提升，其发热损耗越来越高；另外，大功率半导体器件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，大功率半导体器件的这些发展趋势使得电子设备过热的问题变得越来越突出。
[0003]现在常规的散热方式有风冷散热、水冷散热，风冷散热由于结构简单、可靠性高、安全、IP等级高、成本较低，一直是大功率散热的主要应用技术。但是，常规的风冷散热器在稳态运行时具有以下局限点：
[0004](1)当大功率半导体器件高功耗或高热流密度运行时，由于常规强制风冷散热器的导热系数一般只有130～220W/m.K，散热器基板与大功率半导体器件热源接触周围区域，形成高温度区域，并以热源为中心向周围通过传导传递热量，从而形成较高的温度梯度。这样越靠近热源温度越高，越远离热源温度越低，温度分布非常不均匀。
[0005](2)基板温度分布的不均匀，致使基板高温度区域翅片的温度较高，当空气流过时，形成较大温差。远离高温度区域翅片的温度较低，翅片与空气温差较低，换热效率较低。<br/>[0006](3)在换热器翅片径向方向，由于翅片材料导热系数较低，130～220W/m.K，在翅片径向形成较大温差，一般可达5～25K。且分布极不均匀，严重影响翅片的换热效率。
[0007](4)由于常规强制风冷散热器换热性能较差，常规强制风冷换热系数10～25W/m2.K，对于大功率散热需求，需要足够大的散热面积，而由于翅片径向形成较大温差，一般可达5～25K，翅片越高，翅片的换热效率越低，且体积和重量大幅提升，所以翅片高度一般≤100mm。只有通过减小翅片间距来增加散热器换热面积，以满足散热需求，这样会使散热器流阻大幅增加。
[0008]综上，目前亟需一种可有效解决现有技术中存在的热量分布不均匀、高温区主要集中于基板热源部区域且翅片热交换效率不高、温差较大等问题的高性能散热器。

技术实现思路

[0009]本专利技术的一个目的是提供一种高性能气液两相热交换散热器，并提供至少后面将说明的优点。
[0010]本专利技术的技术方案如下：
[0011]一种高性能气液两相热交换散热器，包括密封连通的相变基板和换热区，所述换热区包括换热器，其特征在于，所述相变基板的相变壳体内表面布设结构加强柱并烧结有
毛细结构，将结构盖板通过焊接部焊接到所述相变壳体上使所述相变基板呈一端开口的腔体；所述换热区还包括形成密封腔体的汇流室、蒸汽腔室、连通室，所述汇流室作为所述相变基板和所述换热器的承接部置于二者中间，所述蒸汽腔室和所述连通室相对设置在所述换热器两侧并分别通过蒸汽输送管、连通管与所述汇流室连通，所述连通室还通过冷凝回流管连接于所述相变基板，所述密闭腔体内注入相变工质。
[0012]优选地，所述相变基板具体包括相变壳体、结构加强柱、结构支撑台阶、焊接部、毛细结构、结构锁合孔柱、结构盖板，所述相变壳体的两短边与一长边垂直设有结构支撑台阶，所述结构加强柱布设于所述相变壳体的内表面，所述毛细结构为烧结铝或铝合金粉末毛细结构，厚度为0.5mm～5mm，所述结构盖板焊接到所述焊接部上方，所述一端开口的腔体为相变基板汽液两相出口。
[0013]优选地，所述汇流室包括汇流室壳体、汇流室腔室、汽液两相入口、汽液两相出口和导流加强板，所述汽液两相出口设置为1～5个，其直径为φ10.0mm～φ50.0mm。
[0014]优选地，所述汇流室和所述换热器的连通方式为：所述换热器底端端面相对于所述汇流室平行或呈0
°‑
45
°
倾角，即设置于所述换热器两侧的所述蒸汽腔室和所述连通室与所述汇流室垂直；或将所述换热器旋转90
°
使所述蒸汽腔室和所述连通室平行于所述汇流室，且所述连通室需低于所述蒸汽腔室。
[0015]优选地，所述汇流室和所述换热器为第一种连通方式时，所述导流加强板呈条状，其与所述汇流室壳体的上下壳面距离为5mm～10mm,，并与所述汽液两相入口呈35
°
～75
°
夹角；所述汇流室和所述换热器为第二种连通方式时，所述导流加强板与所述汽液两相入口垂直。
[0016]优选地，所述换热器为间隔排布的换热翅片和相变扁管，所述换热翅片中包括冷凝内翅片。
[0017]优选地，所述焊接部为等高的结构支撑台阶的台阶面与结构加强柱或为所述结构加强柱上长出的焊接柱与所述台阶面。
[0018]优选地，所述毛细结构为层状，将其烧结在所述相变壳体的内表面及所述结构加强柱的上底面或单独烧结在所述相变壳体的内表面，或为立体毛细结构，即烧结在所述相变壳体的内表面和所述结构加强柱的外侧面。
[0019]本专利技术还提出一种如上所述的高性能气液两相热交换散热器的制作方法，包括下述步骤：
[0020]a)根据热需求对所述相变基板进行结构设计：
[0021]所述相变基板厚度为10.0mm～30.0mm，所述相变壳体厚度为3.0mm～10.0mm，所述相变壳体内长出结构锁合孔柱，在所述相变壳体的内表面生成结构加强柱，在所述内表面烧结铝或铝合金粉末毛细结构；
[0022]通过NC加工压铸或冷锻、热锻加工所述相变壳体外形，采用焊接密封工艺将所述结构盖板通过所述焊接部焊接于所述相变壳体，形成一端开口的呈腔体的相变基板；
[0023]b)将所述汇流室的所述汽液两相入口与所述相变基板汽液两相出口对齐并密封焊接；
[0024]c)基于步骤b)，将设置在所述换热器两侧的所述蒸汽腔室和所述连通室分别通过蒸汽输送管、连通管与所述汇流室焊接连接，并通过冷凝回流管将所述连通室焊接在所述
相变基板。
[0025]d)在所述换热器远离所述相变基板的一端焊接工艺尾管；
[0026]e)基于步骤d，利用所述工艺尾管对所述散热器进行密封测试和检漏测试，对所述密闭腔体抽真空，并通过所述工艺尾管在所述密闭腔体内注入相变工质；
[0027]f)利用封口工装将所述工艺尾管封口，并用TIG、大功率激光或电子束焊接将封口点熔融封口。
[0028]优选地，
[0029]所述步骤a)中：
[0030]所述结构锁合孔柱直径为5.0mm～15.0mm，所述结构加强柱直径为3.0mm～15.0mm，其在壳内的分布间距为10.0mm～100.0mm，所述毛细结构的颗粒直径在20目～200目；
[0031]所述焊接密封工艺为真空钎焊或气氛钎焊时，所述焊接部为等高的结构支本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能气液两相热交换散热器，包括密封连通的相变基板和换热区，所述换热区包括换热器，其特征在于，所述相变基板的相变壳体内表面布设结构加强柱并烧结有毛细结构，将结构盖板通过焊接部焊接到所述相变壳体上使所述相变基板呈一端开口的腔体；所述换热区还包括形成密封腔体的汇流室、蒸汽腔室、连通室，所述汇流室作为所述相变基板和所述换热器的承接部置于二者中间，所述蒸汽腔室和所述连通室相对设置在所述换热器两侧并分别通过蒸汽输送管、连通管与所述汇流室连通，所述连通室还通过冷凝回流管连接于所述相变基板，所述密闭腔体内注入相变工质。2.根据权利要求1所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述相变基板具体包括相变壳体、结构加强柱、结构支撑台阶、焊接部、毛细结构、结构锁合孔柱、结构盖板，所述相变壳体的两短边与一长边垂直设有结构支撑台阶，所述结构加强柱布设于所述相变壳体的内表面，所述毛细结构为烧结铝或铝合金粉末毛细结构，厚度为0.5mm～5mm，所述结构盖板焊接到所述焊接部上方，所述一端开口的腔体为相变基板汽液两相出口。3.根据权利要求1所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述汇流室包括汇流室壳体、汇流室腔室、汽液两相入口、汽液两相出口和导流加强板，所述汽液两相出口设置为1～5个，其直径为φ10.0mm～φ50.0mm。4.根据权利要求3所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述汇流室和所述换热器的连通方式为：所述换热器底端端面相对于所述汇流室平行或呈0
°‑
45
°
倾角，即设置于所述换热器两侧的所述蒸汽腔室和所述连通室与所述汇流室垂直；或将所述换热器旋转90
°
使所述蒸汽腔室和所述连通室平行于所述汇流室，且所述连通室需低于所述蒸汽腔室。5.根据权利要求4所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述汇流室和所述换热器为第一种连通方式时，所述导流加强板呈条状，其与所述汇流室壳体的上下壳面距离为5mm～10mm,，并与所述汽液两相入口呈35
°
～75
°
夹角；所述汇流室和所述换热器为第二种连通方式时，所述导流加强板与所述汽液两相入口垂直。6.根据权利要求1所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述换热器为间隔排布的换热翅片和相变扁管，所述换热翅片中包括冷凝内翅片。7.根据权利要求1所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述焊接部为等高的结构支撑台阶的台阶面与结构加强柱或为所述结构加强柱上长出的焊接柱与所述台阶面。8.根据权利要求1所述的高性能气液两相热交换散热器，其特征在于，所述毛细结构为层...

【专利技术属性】
技术研发人员：向彪，孟劲功，
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：