[发明专利]热管式电子芯片散热器

说明书

所属技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明提供一种散热器，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。

本发明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。本发明的特征在于：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。本发明由于靠重力回流，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。