[发明专利]一种集成泡沫金属吸液芯和翅片的散热器

说明书

本发明涉及一种集成泡沫金属吸液芯和翅片的散热器，包括真空均热板和设于均热板上的泡沫金属翅片散热体。所述真空均热板，包括上板、下板、工质以及孔密度较高的泡沫金属吸液芯。所述泡沫金属翅片散热体具有稍低孔密度，用以降低流阻，可以为竖直阵列式也可以为一体式，并用电镀或钎焊的方式与真空均热板上表面连接在一起。热源产生的热量先通过真空均热板快速传递并扩展到上面板，然后借助外置的泡沫金属翅片散热体增大散热面积，使流体易在通孔泡沫金属内部形成漩涡和紊流，增大流固耦合换热效率。本发明充分利用了开孔泡沫金属的高比表面积，高孔隙率的优势，结合真空均热板超高的传热速度，大大提高了散热器的散热效率。

技术领域

本发明属于传热学工程技术领域，尤其涉及一种轻质高效的结构型散热器，将均热板散热与泡沫金属翅片散热集成在一起，可用于大功率电子器件的散热。

背景技术

高性能、高可靠的电子系统是现代化武器装备和国民经济各行业高性能装备安全、可靠工作的基础。现代电子系统向高速、高集成方向发展，多功能和小型化使单位容积内电子器件的发热量快速增大，电子系统的温控(散热)日益成为高性能电子系统发展的瓶颈。已有研究表明：电子器件的性能随温度升高而降低，元器件的失效率与其温度成指数关系。高热流密度导致电子产品中的温控成本急剧上升，产品的热失效越来越严重。电子系统的温控已经成为关乎电子设备的可靠性、寿命和成本的重要因素。设计精良的散热器组件需要高导热系数的材料和结构把热量从电子元器件传到到散热器上。

目前的散热材料在结构上多为实体金属，而泡沫金属具有质轻、表面积大、孔隙率高、导热性能好、结构连续等特点，我们预测多孔泡沫金属将会成为新型轻质高性能散热器的优选材料。在散热的方式上，风冷散热是最简单的散热方式，采用先进风扇和优化大面积热沉，风冷技术的冷却能力可达50W/cm^2，，加强该方式的散热效率常采用三种方式：采用导热性良好的材料作散热器，增大散热器的散热面积，及强迫风冷。而相变传热的效率是风冷与水冷都无法比拟的。与风冷和相变传热相比传统的液冷一般需要液体循环装置，由额外的泵提供液体循环的动力。这类液冷的特点在于，散热效率较风冷高，由于循环系统体积较大，多用于大型电子设备的散热。

随着散热技术的发展，以液体的蒸发冷凝为散热途径的热管类散热器越来越多的被应用。平板热管是一种传热效率极高的换热元件，冷、热流体间的热量传递是靠热管内工作介质蒸发和冷凝的相变过程耦合在一起的，它的当量热导率可达金属的1000倍。与传统液冷技术相比，平板热管具有无需消耗动力、空间尺寸小、冷却能力高、单位面积传热量高等优势。吸液芯作为热管的核心元件，是热管循环系统毛细力的提供者。常见的吸液芯主要有沟槽式、烧结金属粉末式、丝网式、纤维式。不同吸液芯各有其优缺点及应用范围。泡沫金属吸液芯可克服丝网吸液芯热阻大、烧结金属粉末吸液芯流动阻力大、槽道吸液芯方向性强、干道吸液芯制造困难等缺点，显示出很大的优越性。目前对多孔泡沫金属中的导热、辐射及单相对流已经进行了较为广泛的研究。

韩国Kim等人将泡沫铝翅片散热器与传统铝基翅片进行对比，结果表明泡沫铝的高孔隙率有利于强烈的气流通过，并可产生局部涡流与紊流，从而使散热器的热阻降低，提高散热效率。传统的散热器多采用翅片与热管的结合，平板热管的导热系数高，传热迅速热阻小，可以将热源处的热量迅速传递出去，再通过翅片散入空气中去。目前的平板热管的吸液芯多采用粉末烧结的方法，但这种吸液芯不能有效克服毛细力不足以及流阻过大而产生的干化现象。

专利CN1523300A公布了一种能够散发半导体温差电器件高热流密度大功率热量的散热翅片、热管、母板金属一体化散热器，其特征是将散热翅片、热管、母板相互焊接形成的。虽然部件一体化的散热器能够更好地均热、减小各部件之间的温差，但其受翅片比表面积的限制，散热性能较为一般且风阻较大，最终的散热速率仍不够优越。