[实用新型]热管与相变材料联合热控装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及热控装置技术领域，尤其是一种热管与相变材料联合热控装置。

背景技术

随着微电子技术的迅速发展，单位容积电子元件的总功率密度和发热量大幅度地增长，而据报导超过55％的电子设备的失效形式是由温度过高引起的，因此电子元件的热控制设计在电子元件发展中具有举足轻重的作用。目前，比较成熟的热控系统有各种热沉散热器；如风扇、泵以及各种导热固体或液体等。为了适应电子技术的发展，产生了相变冷却(热管、相变材料等)等效率高的热控技术。

热管是一种高效率利用相变传热的热传导器。热管一端是蒸发段，另一端是冷凝段，管中含有蒸发时传递大量热量的液体以及冷凝时将液体带回起始点的吸液芯(毛细抽吸作用)。由于热管传热温差小，传热量大，不需泵送传热介质，已广泛用于电子元件的热控领域。目前，热管用于电子元件的热控方式有两种：一、直接热管式，即将热管直接跟芯片相连。这种方式加工安装都很方便，但是此方式并不能完全把热管强大的换热能力发挥出来；二、热沉与热管复合式，热沉(heat sink)工业上是指用来冷却电子芯片的散热器，热沉与热管复合式是将热管与热沉黏合到一起加装到芯片上，将热管绝热段弯曲，使热管冷凝段位于热沉另一端，同时在顶部加装风扇。这种形式的热管能加大热管换热面积，在大功率芯片，尤其是CPU芯片热控方面表现优异，所以应用比较多。但冷凝段与蒸发段同在一个热沉上，会使热沉温度过高，进而影响热管和电子芯片的寿命和热管换热效率。而且要依赖风扇来加强散热，不仅增加能耗，且一旦风扇发生故障，就有烧坏热管与电子芯片的危险。

固液相变材料具有体积小、储热密度大和恒温放热等优点。当固态相变材料吸收热量后变为液态；当电子元件功率降低后，相变材料向环境散热而恢复为固态。因此可利用相变材料的相变过程吸收一定时段内运行的电子元件产生的热量，从而对电子元件进行保护。由于在相变过程中，相变材料能保持恒温，所以相变材料用于电子元件的热保护有很好的应用前景。目前，相变材料用于热控系统主要是将相变材料封装于热沉内部，但单纯相变材料热控系统存在的最大问题是热沉中的相变材料全部融化完毕以后，系统温度会继续上升，进而失去对电子元件的保护功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种热沉及其中的相变材料可与热沉外的热管进行热交换、由相变材料储存热量而对热管热保护的热管与相变材料联合热控装置。

本实用新型的技术方案是：一种热管与相变材料联合热控装置，包括内部封装有相变材料的热沉结构，所述热沉结构的内部或外部连有至少一根可与热沉结构中的相变材料进行热交换的、内设有热介质的热管。

所述热沉结构固定在基座上，所述热管的蒸发段埋设于基座中，热管的冷凝段伸出基座外部。

所述基座为铜质基座。

所述热沉结构为封闭式的空腔热沉结构，在空腔热沉结构的内部设有竖向的肋片，空腔热沉结构的内壁与各肋片之间形成相变材料填充腔，所述相变材料填充于各相变材料填充腔内，各相变材料填充腔的顶部均留有容相变材料相变胀缩的空间。

所述各填充腔内所填相变材料的高度为肋片高度的80％。

所述相变材料的相变温度比热管内介质的相变温度高3～4℃。

本实用新型的热控装置的热管与内部封装有相变材料的热沉结构导热连接在一起，以CPU散热为例，本实用新型中的相变材料采用固-液相变材料，当芯片开始工作，所产生的热量主要由热管传递出去，当芯片功率突然升高或者某种原因热管故障，热沉和热管温度都会有进一步升高且达到热管介质相变温度时，热沉内的相变材料开始吸收热量并相变融化，热控装置及芯片温度均会维持在相变材料的相变温度，而不会继续升温，从而达到对芯片及热管进行过热保护的目的；当芯片功率下降以后，热管在将芯片产生的热量带走的同时，也会将蓄存在相变材料内的热量带走，这样相变材料又会发生凝固，恢复到固态。

另外，本实用新型的热管的蒸发段埋设于基座内部，冷凝段位于基座外部，空腔热沉结构固定在基座上部，基座可选择导热性能好的铜质基座，使热控装置整体结构牢靠、换热效率高。

另外，本实用新型的相变材料填充于封闭式热沉内的腔体中，相变材料所在的腔体顶部预留有相变膨胀空间，以备相变材料吸热放热时的膨胀和收缩，所使用的相变材料的相变温度要比热管内部介质的相变温度高3～4℃，使相变材料能够实现一定温度范围内的过热保护。