[实用新型]一种具有平板热管和冷却液板复合结构的散热器

说明书

本实用新型涉及散热器技术领域，具体涉及一种具有平板热管和冷却液板复合结构的散热器，散热器包括基板，所述基板包括冷液板层以及设置于冷液板层的上端面和/或下端面的平板式热管层，所述冷液板层内设置有冷却液流道。该散热器可实现平板热管与冷却液板一体化，平板热管与发热元件接触并通过传导传热，由冷却液板中的冷却液带走热量，散热性能好，可适用于电子发热元件特别是超高功率密度、并且密集布置的电子元件的散热。

技术领域

本实用新型涉及散热器技术领域，具体涉及一种具有平板热管和冷却液板复合结构的散热器。

背景技术

以CPU为代表的现代电子芯片由于其集成度、封装密度以及工作时钟频率的不断提高,其单位面积的发热量迅速增加,如果不能有效散热控温的话，高温必将使芯片失效或崩溃。研究文献表明,在某些敏感温度段，单个半导体元件的温度每升高10℃,系统可靠性降低50％。针对大型计算机服务器CPU散热的特点,优化散热器传热结构和提高散热片表面传热系数可有效提高其散热效果,如将热管镶嵌于散热器底面通过相变进行强化换热,可在原散热面积基础上提高效率。其原理是高热流密度器件产生的热量传导至热管,使热管内工质发生相变将热量传递给底板,然后再通过翅片与空气的强迫对流将热量散掉。热管镶嵌于散热器底面可以有多种排布方式,其目的就是尽量使高热流密度器与热管的蒸发段大面积接触。但是，当今超级计算机的单个中央处理器CPU的功率密度已经高达20W/cm²，巨量的热能必须及时从CPU以及机柜中移出才能保证超算中心的正常工作。用翅片换热器把CPU的热量散发到空气中已经不能解决这一问题。这对散热控温技术提出了严峻的挑战。目前针对超算CPU及大型数据中心的散热主要采用液冷方式，即用冷却液把热量输运到室外，包括冷液板式散热和浸没式散热，两种方式各有优缺点。所说的冷液板与CPU表面接触，内部走冷却液并把热量带走。冷液板式散热便于系统的调试和维护(毕竟对于超算而言大量的调试和维护是不可避免的)，但冷液板散热效果逊于浸没式散热。后者虽然有很好的散热控温效果，但整个主板浸没在冷却液中，对冷却液提出了很高的要求。目前主要是采用的高性能氟化液，不但价格昂贵，而且系统调试和维护很不方便。

如图1-2所示，现有技术中的冷却液板从发热器件(热源，如CPU)到冷液板的冷却液(冷源)之间的传热分析如下：CPU产生的热量Q通过导热胶层，再从导热胶层(硅脂膜)到冷却液板(包括上冷液板和下冷液板)，再从冷却液板到冷却液，冷却液板为铝板。

总传热系数U可以表达为：

式中U为总传热系数，δ₁为硅脂膜厚(10μm＝10×10^-6m)，λ₁为硅脂的导热系数(5Wm^-1K^-1)，δ₂为铝板厚度(2mm＝2×10^-3m)，λ₂为铝板的导热系数(237Wm^-1K^-1)。h₃为冷却液在铝板的流道内表面的膜传热系数。设传热面积为CPU的面积A＝5×5＝25cm²＝25×10^-4m²。总的传热热阻1/(UA)，是硅脂膜热阻R₁、铝板热阻R₂、冷却液传热膜(传热边界层)热阻R₃之和。

(1)硅脂膜的热阻(R₁),硅脂膜的厚度δ₁＝10μm＝10×10^-6m，导热系数λ₁＝5W·m^-1·K^-1

(2)铝板的热阻(R₂)，铝板厚₂＝2mm,导热系数λ₂＝237W·m^-1·K^-1