热管式电子芯片散热器制造技术

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热虹吸原理的热管式散热器。吸热块（１）内有蒸发水道（２），蒸发水道（２）之间有通孔（３），冷凝段（４）放热凝结成液态的工质靠重力回流到蒸发水道（２）内。可采用高效低廉的胀管工艺，解决接触热阻问题，引入强化空气对流传热结构，降低了原材料和制造工艺成本，使散热器尺寸更紧凑。采用高风压的多级轴流式风扇或离心式风扇，提高风量，进而有效地提高散热量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子器件的散热技术，尤其是采用热管原理、主要由吸热块、空气换热器和风扇组成的、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。当前计算机芯片CPU发热和散热问题已经成了计算机发展过程中的障碍，单纯的翅片加风扇结构的散热器已经满足不了要求，目前普遍采用热管式散热器。目前用于CPU散热器中的热管的基本结构是两端封死，内有毛细管结构的铜制管。台式计算机中CPU全是垂直放置，热管式散热器中的热管放置，一是水平，二是U形，热管中的工质完全靠管内的毛细管结构，如多孔结构、丝网结构、沟槽结构，产生的虹吸原理，使凝成液态的工质回流到蒸发段，实现工质在热管内循环流动。如果冷凝的工质不能回流到蒸发段(倒U型放置的热管就有这样的问题)，或回流量减小，则散热器完全不能工作，或散热量减小。由于虹吸力量非常有限，因而这种热管传输的热量不高，和依靠重力回流式(热虹吸原理)相比，热量传输相差非常大。现一般都采用铜管内烧结成的多孔结构实现虹吸，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，因而设置扩展换热肋片的套片工艺，不能采用现有的高效胀管工艺来保证肋片与热管有效接触，即解决接触热阻问题。采用锡焊，生产效率不高，焊接时的高温可能导致热管爆炸的危险。一片一片地紧配合套入，问题有对热管外径精度要求高，接触不可靠，生产效率太低。为保证热管内的毛细管结构不被破坏，热管的最小弯曲半径受限制，一般要3倍的热管直径，因而散热器的尺寸不易实现紧凑化设计(尺寸小、重量轻在CPU散热器中非常重要)。另外，现热管本身的生产工艺非常复杂，要求非常高，无氧铜管多次在还原性气体(氢气)中高温(上千度)烧结，有烧结成品率的问题，因而热管本身成本价格非常高。
技术实现思路
本专利技术提供一种散热器，采用热虹吸原理，提高了热管输送热量的能力，可采用高效、低价的胀管工艺套片，或安全简易的焊接工艺，大大提高生产效率，并显著地降低成本造价。引入强化传热结构，使散热器尺寸更紧凑。采用高风压的风扇，有效提高散热量。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、空气换热器和风扇。空气换热器中有多根冷凝管，冷凝管上设置有肋片，肋片为套片式，这和现CPU热管式散热器类似。本专利技术的特征在于吸热块中有蒸发水道，蒸发水道之间有相互贯通的通孔；冷凝管的一头封堵，另一头在吸热块的一端，或靠近一端，与蒸发水道连通；冷凝管与吸热块之间成95°～140°角；风扇采用了离心式风扇，或相邻两级的动叶转向相反或之间设置有导向叶的多级轴流式风扇其工作过程是散热器的吸热块紧贴在发热器件的散热面上，当器件的散热面为水平放置时，吸热块水平放置，空气换热器在上方，由于冷凝管与吸热块之间的夹角不大于140°，冷凝管向着蒸发水道方向下倾40°以上；当器件的散热面垂直放置，即吸热块垂直放置，安装散热器时要求冷凝管在上方，由于冷凝管与吸热块之间的夹角不小于95°，则冷凝管向着与蒸发水道连通的那头下倾5°以上，因而在蒸发水道吸热蒸发成汽态的工质进入冷凝管，放热凝结成液态工质，液态工质在重力作用下，顺着冷凝管壁向下流动，回到蒸发水道，实现工质循环。重力回流比虹吸作用回流量大、距离远，则热管内热量传输量高、距离远，有利于减小冷凝段和蒸发段之间的温差，提高散热量。在冷凝管内壁面设置有毛细管结构，使得冷凝管内壁形成厚厚的液膜，蒸汽凝结放出的热量必须通过液膜，因而不利于凝结传热。当为了减小空气换热器的尺寸，冷凝管外高度肋化时，冷凝管内的凝结传热的热阻将高于外部空气对流热阻，这不利于缩小空气换热器尺寸。本专利技术由于靠重力回流，冷凝管内壁不需设置毛细管结构，有效的减少液膜传热过程，并且还可以采用强化凝结传热结构，如采用螺旋内肋管，提高凝结传热，有效的提高散热量，减小散热器尺寸，冷凝管的成本也降低。吸热块中的蒸发水道之间相互贯通有非常重要的作用一、平衡各蒸发水道的吸热蒸发量，和各冷凝管的放热凝结量。如果蒸发水道液态工质不足，但吸热蒸发量大，液态工质则通过通孔，从液态工质多的蒸发水道补充到少的地方，如果在蒸发水道内表面设置毛细管结构，则更能充分发挥所有蒸发水道的吸热蒸发能力；通过通孔，汽态工质根据各冷凝管放热凝结速度，平衡进入各冷凝管，如放热凝结速度高的冷凝管，则管内气压低，进入该冷凝管的汽态工质就多，反之亦反。二、只需一个充液管，一次充液、抽真空，一个封焊头，这样工艺简单，密封可靠，而现热管式散热器，每根都需充液、抽真空、封焊。另外，本专利技术的散热器，如果封焊头漏气失效，还可以修补，成品率高，而现产品则不能这样，一旦有一根热管漏气失效，则除风扇外，整个散热器不可修补，成为废品。本专利技术的散热器制造工艺主要流程是一、在冷凝管上设置肋片，二、焊接蒸发水道与冷凝管，三、灌加工质，抽真空，封焊充液管，四、安装风扇。由于冷凝管上设置肋片工序在前，就可以采用套片式肋片胀管工艺，肋片上的套管孔比冷凝管大一点，则可以一次将所有的肋片套入冷凝管中，再胀管，将冷凝管直径胀大，就可以保证肋片与冷凝管紧密接触，解决了接触热阻的问题，该工艺简单且效率高；采用焊接工艺，由于不存在高温膨胀爆炸的危险(不受温度限制)，因而可以采用各种方便的焊接方法，如高温回流焊。空气散热器紧凑化设计，肋片加密，采用强化换热结构，大大地提高了空气流动阻力。单级轴流式风扇风压不足，克服不了肋片的空气流动阻力，导致风量急剧下降，流经空气换热器的空气温度迅速上升，空气换热器的换热温差下降，则散热量下降，单级轴流式风扇已经满足不了要求。离心式风扇，风压高，能满足以上要求。单级轴流式风扇不行，可采用多级，但是不能简单地将现两个或多个轴流式风扇叠加在一起，这样效果非常低。因为空气经过一级风扇，被风扇扇叶(此称为动叶)驱动，有轴向速度，还有周向速度，成螺旋流动，如果后一级风扇动叶转向相同，则进一步增大周向速度，即增大了螺旋流动，螺旋流动不利于提高风压、风量。如果在两级动叶之间设置导向叶，空气流经导向叶，周向速度被消除，空气的部分速度动能转换成压力势能，空气流动方向更适合后一级动叶相对空气的冲角，这种两相邻动叶之间设置导向叶的结构，是多级轴流式风机、空压机的标准结构。采用另一种结构，两相邻级动叶转向相反，后一级动叶不仅起着进一步驱动空气、向空气提供动能的作用，还起着导向叶的作用，扩压，将动能转换成压力势能，消除周向速度和螺旋流动增长，有效提高风扇的风压、风量，有利于提高散热量。综上所述，本专利技术和现产品相比，原材料成本降低，制造工艺简单，效率高，降低制造成本，结构紧凑，尺寸小巧，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、2是本专利技术的特征剖面示意图。图3是套片式结构空气换热器特征剖面示意图。图4是叉列短肋形强化传热结构肋片的特征示意图。图5是图4中A-A剖视图。图6是百叶窗短肋形强化传热结构肋片的特征示意图。图7是图6中B-B剖视图。图8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、蒸发水道，3、通孔，4、冷凝管，5、空气换热器，6、肋片，7、导向叶，8、动叶，9、风扇，10、侧风口，11、毛细管结构，12、定位扩边，13、套管孔翻边。具体实施例方式计算机中的CP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）、空气换热器（５）和风扇（９），空气换热器（５）中有冷凝管（４），冷凝管（４）上设置有肋片（６），肋片（６）为套片式，其特征在于：吸热块（１）中有蒸发水道（２），蒸发水道（２）之间有相互贯通的通孔（３）；冷凝管（４）的一头封堵，另一头在吸热块（１）的一端，或靠近一端，与蒸发水道（２）连通；冷凝管（４）与吸热块（１）之间的夹角为９５°～１４０°；风扇采用了离心式风扇，或相邻两级的动叶（８）转向相反或之间设置有导向叶（７）的多级轴流式风扇。

【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]