[发明专利]构形树状式热管散热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种散热装置，具体涉及的是一种为实现高效快速散热而设计的具有构形树状结构特征的热管散热器，本发明可用于解决多热源电子元器件的散热问题。

背景技术

随着电子技术的不断发展，半导体器件集成化程度越来越高，其热可靠性指标也越来越苛刻，进而对电子元器件的冷却、散热提出的更高的要求。目前，由于成本和可靠性方面要求，采用风扇和散热器组件的空气强迫对流冷却方式在实际中得到了广泛使用。采用放射状散热器对于高功率的电子元器件进行冷却，是目前解决散热问题的主要途径。但是，在实际应用中，这种放射状散热器也存在着如下问题：(1) 基体材料的导热性能差异导致散热速率慢，使得电子元器件表面温度高，不能很好的满足电子设备运行的稳定性和可靠性要求；(2)肋片顶部与根部温差较大，即肋片上温度分布不均匀，未能充分高效地利用散热面积，使得散热效果不够理想；(3) 对于距离热源有一定距离的散热肋片，其散热效果较距离热源较近的散热效果逊色较多，不能发挥整体散热肋片的最佳散热性能，只能以提高受热面的温度水平来实现向外界散热，这将影响到电子设备运行的稳定性和可靠性。因此，传统的放射状散热器并不是电子设备高效散热的最佳解决方案，迫切需要寻求一种新型高效的散热方案和技术。

  受构形理论成功应用于解决流传递结构体内优化设计问题的思想启迪，本发明将散热器设计成构形树状结构特征，并将之与热管技术紧密结合起来，以达到散热能力强、温度均匀性高、可较大距离对热源散热的目的。

发明内容

为解决现有的电子元器件散热器结构设计上存在的散热效率有限、温度均匀性差和散热肋片散热性能受热源距离影响的问题，本发明提供了一种新型的具有构形树状结构特征的热管散热器。由于该型散热器，实现了流传递结构体优化设计和热管技术的紧密结合，大大提高散热器的散热速率、均温性，同时对热源与散热器的距离也不受到过多限制，能满足多热源和高功率的电子设备运行的稳定性和可靠性要求，为电子设备系统的安全、稳定、高效运行提供可靠保证。

 

技术方案

为解决传统放射状散热器设计上存在的上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种构形树状式热管散热器，由高导热基板、吸液芯、散热肋片和工作介质构成，在所述基板内设置有窄空腔，在所述的窄空腔上连接所述的散热肋片，在所述的散热肋片的内部设置有贯穿空腔，在所述的窄空腔里填充所述的吸液芯，在所述的窄空腔和贯穿空腔中充着所述的工作介质，其主要特征在于：所述的散热肋片为构形树状结构，它由主贯穿通道和分叉连接肋片组成，所述的分叉连接肋片至少为两片，且呈圆环状布置在所述的主贯穿通道的外围，所述的分叉连接肋片内部贯穿空腔与所述的主贯穿通道贯通。

所述的分叉连接肋片含有m级分叉肋片（m为大于等于2的整数），且每级分叉肋片含有N个肋片（N=2或3），所述的第一级分叉连接肋片与主贯穿通道连接，所述的上下级分叉连接肋片内的贯穿空腔直径之比为N^-1/D(直径维数D取大于等于7/3且小于等于3)，所述的上下级分叉连接管道的长度之比为N^-1/d (长度维数d取大于1且小于等于2的实数)。

所述散热肋片和所述高导热基板已成为一个整体，工作时其内部工质的工作原理与热管内部工质工作原理相同。该型热管散热器工作时，高导热基板作为该热管散热器的蒸发段，分叉连接肋片组作为该热管散热器的冷凝段。

所述的分叉连接肋片通过分叉产生越来越多的分支，使得在有限空间最大程度地布置了散热肋片，进而大幅增加了热管散热器与外界冷源之间的对流换热面积，同时使更多气流从散热器上端流经肋片后从肋片下端排出，消除了可能存在的肋片与冷却流体的对流换热死区。用所述分叉连接肋片和主贯穿通道组成的散热肋片代替传统的金属体作为散热肋片，实际上是用汽液两相换热的方式代替的了传统的金属导热，使散热的效率很稳定性得到了大大提高。

所述的填充于窄空腔内的吸液芯为多孔金属泡沫、金属丝网、烧结金属粉末和复合吸液芯等。所述的窄空腔和贯穿空腔的表面可设置有小槽道，其形状可为V形、矩形、梯形等任意形状。所述的热管散热若应用于逆重力条件，贯穿空腔的表面需嵌有多孔金属泡沫、烧结金属粉末等吸液芯，通过吸液芯内的微孔产生毛细驱动力来抵消重力作用以保证凝结液及时回流到窄空腔内的吸液芯（即蒸发段）。

所述的基板材料为铜(铜合金)、铝(铝合金)、钢（合金钢）、银等多种高导热性能金属。