[实用新型]磁流体平板热管均热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁流体平板热管均热器，可被用于电子器件冷却装置中的均热器。

背景技术

微电子芯片的应用遍及日常生活、生产乃至国家安全的各个层面，在现代文明中扮演着极其重要的角色。芯片发展的趋势是进一步提高集成度、减小芯片尺寸及增大时钟频率。1971年Intel公司生产的第一个芯片只含2300个晶体管，而如今在一枚Intel奔腾4芯片上，就集成有4200万个晶体管。高集成度对于计算机性能的升级是有利的。然而，与此同时芯片耗能和散热问题也凸现出来。电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化，使得电子器件的发热功率与功率密度也急剧增加。CPU芯片的发热量已由几年前的10W/cm²左右猛增到现在的将近100W/cm²。因此，如果散热不良，产生的过高温度会降低芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形成的热应力会直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性。因此，电子器件的冷却技术将是影响微电子技术发展的关键因素。

电子芯片小型化与高发热量的趋势，使电子设备的散热凸现出以下几个显著特点：(1)局部热流密度非常大，热量容易在局部发生聚集，导致局部温度过高。(2)热流密度分布不均匀，高热流密度通常仅仅局限在很小的空间范围内。(3)在电子设备启动过程中，容易出现瞬时功率“飙升”，烧坏电子设备。(4)需要散失的总热流量并不是很大。所以，解决电子设备冷却的关键是如何减小过高的局部热流密度，防止出现热点而导致设备故障。为了增强散热效果，一般都会在电子芯片上加装一个比芯片体积大得多的热沉。这样很容易在芯片表面产生热点。而且使热沉具有较大的扩散热阻，内部截面上的热流密度分布非常不均匀，热沉的散热效果受到了一定的影响。

传统的实心铜板均热器可以将电子芯片内部产生的热量以热传导的方式引出到散热器翅片上，再借翅片与其周围空气的对流作用将热量传入气流中带走。实心纯铜板均热器在一定程度上能起到使热流量分布均匀，消除热点的作用。但是由于铜的导热系数有限，其均热效果并不是非常明显。如果采用钻石之类的超导热材料制造均热器，其昂贵的价格将使其难以普及到实际应用中。因此提出了平板热管式均热器。

平板热管式均热器能最大限度的使热流密度趋于均匀，这是因为其利用了热管高效导热的原理。热管是人们所知的最有效的传热元件之一，它可将大量热量通过很小的截面积进行远距离的传输而无需外加动力。热管的一端为蒸发段，另一端为冷凝段。当热管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环往复，热量由热管的一端传至另一端。传统的热管呈管状，依据热管内部毛细结构的不同可以分为：丝网热管，槽道热管和烧结热管。平板热管均热器是一种异型热管，它的冷凝段和蒸发段被两个平面(蒸发面和冷凝面)所代替，又叫做扁平热管，其工作原理如图1所示。在这种热管中，在垂直于热流方向上的尺寸较大，但在平行于热流方向上的尺寸很小。蒸发面与冷凝面之间的距离一般只有几毫米。

由于平板热管内部的空间狭小，毛细结构的布置始终是平板热管制作的难点，并且传统的毛细芯结构很难完全利用毛细力的作用使液态工质克服重力的作用形成良好回流。平板热管在反重力条件下工作比较困难。

磁性流体是指将表面活性剂包覆的磁性纳米粒子分散在基液中形成的非常稳定的且带有磁性的胶态悬浮液。磁性流体将固体的强磁性和液体的流动性巧妙地结合起来了，因此具有非常独特的性质。磁流体由磁性微粒、载液(或称基液)和表面活性剂组成。磁流体的性能主要取决于磁性微粒和载液的性能，对磁性微粒、载液的选择，决定了磁流体的应用领域和范围。用于制备磁流体的磁性微粒通常有四氧化三铁、三氧化二铁等以及新型的磁性强、稳定性好的氮化铁、硼化铁微粒。载液可保持磁流体的液体性质，通常为水、有机溶剂、碳氢化合物、合成酯等流体。表面活性剂的作用是防止磁性微粒相互间的凝聚或沉淀，它将单个磁性微粒的表面包裹起来，使之彼此分开，悬浮于载液中。载液不同，则所需的表面活性剂也不同。因此表面活性剂的选择原则是与载液相适应，且具有永久吸附磁性微粒的特殊分子结构。