热管式CPU散热器及制造工艺制造技术

本发明专利技术属于传热、电子器件散热技术领域。本发明专利技术是一种采用重力回流（热虹吸原理）的热管式散热器。热管（２）成Ｌ形，肋片（３）采用了对流强化传热结构，有效地减小散热器的尺寸，便于在电脑主板上安装。采用高风压的离心式风扇，或高效结构的多级轴流式风扇（６），提高风量，有效地提高散热量。改变生产工序，实现采用胀管工艺解决肋片和热管之间的接触热阻问题。对吸热块（１）和蒸发段（７）的配合进行了改进，降低了材料和制造成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子器件散热技术，尤其是采用热管原理、主要由吸热块、热管加肋片和风扇组成的、用于冷却半导体集成芯片的散热器。
技术介绍
随着半导体集成电路晶体管数量的增加，器件的发热量也随着增加。当前电脑CPU芯片的发热和散热问题已经成了计算机发展过程中的障碍，单纯的铝基翅片加风扇结构的散热器已经满足不了要求，热管式散热器都普遍被台式电脑CPU散热器采用了。目前台式电脑CPU散热器的基本问题有尺寸庞大，笨重，散热量不高，价格高。这些问题阻碍了热管式散热器在台式电脑中更广泛的应用。这些问题的产生，是由于设计不合理，表现出传热原理不清晰，制造加工工艺、工序不合理，低效，成本高。现CPU散热器中的热管，一般都是管内壁有烧结成型的、厚厚的多孔结构层的铜制管，管内液态工质从冷凝段回流到蒸发段，就是依靠该多孔结构层的毛细管虹吸原理。这种热管制造工艺复杂，效率低，要求非常高，必须采用无氧铜管，低效率地灌加内壁铜粉层，多次在还原性气体中高温烧结，有烧结成品率的问题，因而热管本身成本价格非常高。由于工艺要求，热管必须完成抽真空、灌入工质、封焊成品后才能进行后续工序，这给后续工艺带来了致命的问题，主要有冷凝段上设置肋片，解决肋片和热管外壁之间的接触热阻问题。套片式肋片简单，因而被普遍采用，但是，在其他行业(如空调行业)中，普遍采用的高效、可靠、低价的胀管工艺，在此却完全不能被采用；采用整体锡焊工艺，面临着焊接时的高温引起热管中高压，可能导致热管爆炸的危险；一片一片地紧配合套入方法，对热管外径精度要求高，接触不可靠，生产效率太低。电脑主板尺寸有限，不宜承担重物。减小散热器尺寸，减小其占主板的面积，减轻重量，对整体性能有益，这是非常重要的。但现热管，为保证热管内的毛细管结构不被破坏，热管的弯曲半径受限制，一般最小弯曲半径为三倍的热管直径，因而散热器的尺寸不易实现紧凑化设计。蒸发段和冷凝段之间的距离也长，对热管传输热量不利。另外，空气换热器部分(主要是肋片)的设计，没有深入运用传热学知识进行优化设计，对蒸发段与吸热块之间的接触热阻问题也不够重视。
技术实现思路
本专利技术利用重力回流(热虹吸原理)，省去高成本的在整个管内壁烧结一层厚厚的毛细管结构，改变制造工序和工艺，采用整体套片胀管等简单、高效的生产工艺，大大地降低制造成本；引入强化传热结构，优化设计，使散热器不仅散热量得到提高，散热器的尺寸也小巧紧凑，重量减轻，材料成本显著下降。本专利技术所采用的技术方案是散热器主要部件有吸热块、热管、肋片和风扇。热管的冷凝段上设置有套片式肋片，热管的蒸发段紧固在吸热块上，这和现热管式散热器类似，本专利技术的特征在于热管被折弯，一侧为冷凝段，另一侧为蒸发段，冷凝段和蒸发段之间成95°～140°角；吸热块采用铝或铝合金制成，有嵌孔，热管的蒸发段嵌在嵌孔吸内；肋片采用了短肋形或波形强化传热结构，或片距为0.7至1.5mm的平板肋；冷凝段上设置肋片的工序在充液管封口工序之前，并采用了胀管工艺或整体锡焊工艺； 现台式电脑，主板都是垂直放置，芯片的散热面也就垂直，散热器的吸热块也就垂直放置。本专利技术的散热器，安装要求热管的蒸发段垂直，冷凝段在上，这样在热管弯曲段和蒸发段，热管内液态工质回流最大利用重力作用。由于蒸发段和冷凝段的夹角不小于95°，冷凝段向蒸发段下倾就有5°以上，冷凝段内液态工质就可依靠重力作用回流。蒸发段和冷凝段两者之间夹角越大，重力作用回流力也越大，热管内热传输也就越高；但夹角太大，整体尺寸加大，结构不紧凑，倾斜的空气换热器可能与主板上的其它元件或部件产生干涉，一般取115°～125°为佳。如果芯片水平放置，则热管蒸发段水平，冷凝段向蒸发段下倾有40°以上，热管完全处于重力回流状态。由于完全靠重力回流(热虹吸原理)，降低了热管内毛细管的虹吸作用，冷凝段内可以不需要毛细管结构，因而就可以省去在整个管内壁需要烧结一层厚厚的毛细管结构，一、降低了热管成本，二、可以改变散热器的制造工序和工艺，进一步提高生产效率和降低成本。制造工序上的改变将热管充液、抽真空、封焊充液管(充液管封口)的工序排在热管的冷凝段上设置肋片的工序之后，因而可以采用胀管工艺。肋片上的套管孔比热管冷凝段直径稍大一点，使得所有的肋片可以一次套入热管，再采用胀管工艺，胀大冷凝段的管径，使肋片上的套管孔翻边与管外壁紧密接触，这样就有效可靠地解决了接触热阻问题，该工艺简单、高效，不限制材料，肋片可以采用铝材，不仅制造成本降低了，材料成本也降低了。肋片和热管之间还可采用整体锡焊工艺肋片整体套入热管，插入锡焊料，一起整体加热，使焊锡溶化，由于没有封口，不会出现高温导致热管内产生高压，从而引起爆炸的危险，加热温度不受限制，因而可以采用高温回流焊，连续高效地生产。虽然纯铜比纯铝导热系数高近1.7倍，但对于吸热块中的导热，铜材和铝材制成的吸热块没有明显的区别。但是，铜的重量是铝的3.2倍，单位重量铜的价格是铝的2倍多，因而铜制的吸热块比铝制的材料成本要多近6倍。另外，铝加工成型要容易得多，采用挤制工艺，挤制成横截面与吸热块一致的长条型材(嵌孔也就是挤制成型)，再裁切成一块块的，稍作加工则成了吸热块，这样的制造效率高，因而采用铝材制造吸热块，不仅原料成本低，而且加工费用也低。空气换热器占整个散热器的主要体积，为了减小空气换热器的体积尺寸，即主要是肋片所占的空间，可采用强化空气对流传热结构的肋片。短肋形强化传热结构，是肋片式空气对流强化传热最有效的结构，分有叉列短肋形和百叶窗短肋形，其基本特征是空气流经的表面被冲切成一段段不连续的表面，空气每流经一段(短肋)，其上的边界层都处在边界层的起始段，使整个对流换热表面充分利用了边界层起始段较薄、热阻小、换热系数高的有利特点。波形结构，其强化传热原理是在空气流动方向上，肋片被加工成波形，空气流经波形表面的凹面时会形成旋涡，在下游的凸面处会形成局部地区的流体脱离现象，这些现象都能使传热得到强化提高。由冷凝段和肋片构成的空气换热器设计中还必须认真考虑肋片之间的片距这一参数，依据实验研究，空气对流换热系数与片距的大致-0.7次方成正比，也就是说减小片距不仅可以增加肋片数量，即换热面积，还可以极大地提高空气对流换热系数。最佳片距应低于1毫米，但在实际设计中还要考虑其它因素。对于平板肋片，片距应该不大于1.5毫米，考虑到生产工艺，以及尘埃聚集污染的危险因素，片距不应小于0.7毫米。对于采用了波形和短肋形强化传热结构的肋片，片距应该不小于0.7，不大于2.0毫米，短肋的宽度在2.0毫米左右。综上所述，本专利技术将使散热器结构紧凑，体积小巧，安装面积减小，材料成本和制造成本下降，散热量得到有效提高。下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。附图说明图1、3、5是本专利技术的特征剖面示意图。图2、4、6、7是吸热块横截面特征剖面示意图。图8是蒸发段横截面特征剖面示意图。图9是波纹管特征剖面示意图。图10是套片式结构特征剖面示意图。图11是叉列短肋形强化传热结构肋片的特征示意图。图12是图11中A-A剖视图。图13是百叶窗短肋形强化传热结构肋片的特征示意图。图14是图13中B-B剖视图。图15是波形强化传热结构肋片的特征剖面示意图。图中，1、吸热块，2、热管，3、肋片，4、冷凝段，5、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于冷却半导体集成芯片的散热器，包括有：吸热块（１）、热管（２）、肋片（３）和风扇（６），肋片（３）为套片式，肋片（３）设置在热管（２）的冷凝段（４）上，热管（２）的蒸发段（７）上有吸热块（１），其特征在于：冷凝段（４）和蒸发段（７）之间的夹角为９５°至１４０°；吸热块（１）采用铝或铝合金制成，吸热块（１）上有嵌孔（８）；肋片（２）采用了短肋形或波形强化传热结构，或片距为０．７ｍｍ至１．５ｍｍ的平板肋；冷凝段（４）上设置肋片的工序在充液管（５）封口工序之前，并采用了胀管工艺，或整体锡焊工艺。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦彪，
申请(专利权)人：秦彪，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]