專利名稱：熱虹吸管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱虹吸管，尤其是用于冷卻電子元件。
熱量控制是電子儀器組件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵考慮因素。合適的設(shè)計(jì)將保證峰值溫度保持在規(guī)定工作范圍內(nèi)，以便產(chǎn)生可靠模塊。主要目的是使半導(dǎo)體裝置結(jié)溫低于模塊的最大工作溫度。在除熱中包含的設(shè)計(jì)難題是更高電路密度、相鄰裝置或部件緊緊相鄰、低導(dǎo)熱系數(shù)基質(zhì)、形成互連的金屬內(nèi)層以及散熱系統(tǒng)的熱阻。
任何傳熱設(shè)計(jì)的目的都是使熱能從熱源流向限制在特定溫度水平的散熱器。使電子裝置最小、功能更強(qiáng)和處理器更快的潮流趨勢(shì)導(dǎo)致單位面積的散熱量恒定增加。具有越來(lái)越緊密的高熱流量部件的多芯片模塊意味著從內(nèi)熱源到外部最終散熱器的各種熱阻必須降低。這對(duì)冷卻和散熱技術(shù)提出了新的要求。
因?yàn)轱L(fēng)冷已經(jīng)接近它的極限，因此，很多研究人員重新注意具有在閉合通道中的相變的液體冷卻技術(shù)。兩種已知的裝置特別采用這種相變機(jī)構(gòu)來(lái)從電子電路元件中傳熱熱虹吸管和熱管。這些部件通過(guò)利用液體-蒸氣相變將熱量從蒸發(fā)器傳遞給冷凝器，從而利用流體的蒸發(fā)熱。
熱虹吸管具有蒸發(fā)器部分、絕熱部分和冷凝器部分。在工作時(shí)，電子裝置產(chǎn)生熱量，該熱量吸收到熱虹吸管的蒸發(fā)器部分中，這使得在蒸發(fā)器部分中的工作流體蒸發(fā)成蒸氣。成蒸氣形式的工作流體通過(guò)絕熱部分運(yùn)動(dòng)至冷凝器部分，且它在該冷凝器部分中放出它的潛熱，并冷凝成液體。該冷凝液體借助于重力從該冷凝器部分返回蒸發(fā)器部分。因此，在熱虹吸管中，蒸發(fā)器總是布置成低于冷凝器。
背景技術(shù)：
熱管由US-6216343可知。該現(xiàn)有技術(shù)專利在圖3-6中表示了微通道熱管的不同實(shí)施例。在圖6中，使用了波紋形肋元件18，該肋元件18中的材料被除去。這樣，通過(guò)減少機(jī)械加工時(shí)間來(lái)簡(jiǎn)化制造。也可以為其它結(jié)構(gòu)，例如跨過(guò)整個(gè)縱向軸線除去材料，從而只形成開(kāi)口微毛細(xì)管通道，例如在圖5中標(biāo)號(hào)22所示。圖7表示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的槽機(jī)械加工技術(shù)制成的熱管100。開(kāi)口毛細(xì)管通道102由殼體材料的固體脊104分開(kāi)?，F(xiàn)有技術(shù)的微通道熱管通過(guò)很困難和很費(fèi)時(shí)間的制造技術(shù)來(lái)制造。
US-6418017公開(kāi)了通過(guò)在電子部件的底盤中鉆出的通道內(nèi)以機(jī)械方法刻出縱向槽而制造集成的熱管/散熱器。該底盤為鑄造或模制，并可以包括肋，以便更有效地散熱。并沒(méi)有提及使用擠出作為制造方法。
由GB-2151769可知制造具有內(nèi)部空腔的擠出散熱器，該內(nèi)部空腔作為熱虹吸管(見(jiàn)圖8)?？涨贿M(jìn)行伸長(zhǎng)，沒(méi)有任何內(nèi)部構(gòu)件。這種熱虹吸管的冷卻效率有限。
在“Thermosyphon concept for cooling of PCB”THERMINICWorkshop，1-4 2002年10月，Madrid中，Rahmatollah，K等人提出了通過(guò)使用具有銑出通道系統(tǒng)的鋁片來(lái)冷卻PCB的概念。熱虹吸管安裝在散熱器上，從而并不象本發(fā)明那樣與它集成在一起。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題和缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種適于批量制造本發(fā)明的熱虹吸管的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種熱虹吸管，它的傳熱效率比通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的熱虹吸管獲得的傳熱效率更高。


圖1a-c表示了本發(fā)明的熱虹吸管實(shí)施例。
圖2a表示了本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的熱虹吸管。
圖2b表示了本發(fā)明的可選方案。
圖3-8表示了現(xiàn)有技術(shù)的散熱器結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
在圖1a中表示了根據(jù)第一實(shí)施例的集成熱虹吸管的原理。工作流體在蒸發(fā)器部分中加熱，從而使工作流體蒸發(fā)，且形成的蒸氣沿箭頭方向運(yùn)行，并在冷凝器部分中冷凝回液體。圖1b是沿線B-B的剖視圖。其中，通過(guò)擠出蓋子(3)并將擠出型面切成合適長(zhǎng)度，從而使蒸發(fā)器肋(4)與蓋子(3)成一體制成，然后，通過(guò)銑削而除去在蒸發(fā)器部分外部區(qū)域中的肋。圖1c表示了沿圖1a中的線A-A的冷凝器剖面。該熱虹吸管還包括擠出的散熱肋(1)，該散熱肋(1)從基座中伸出。通過(guò)使冷凝器部分作為蓋子的一部分來(lái)擠出，或者使蒸發(fā)器部分作為散熱器基座的一部分來(lái)制造，從而可以獲得有相同或相似結(jié)果的其它方案。
蒸發(fā)器和/或冷凝器部分的肋至少部分通過(guò)擠出制成，它們形成具有擴(kuò)大表面面積的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而在工作流體和熱虹吸管之間更高效地傳熱。
參考圖2a，圖中表示了根據(jù)本發(fā)明的熱虹吸管，該熱虹吸管有基座(B)以及從基座上垂直伸出的多個(gè)冷凝器肋(A)。包括多個(gè)蒸發(fā)器肋(E)的蓋子布置在通道結(jié)構(gòu)D上，這些蒸發(fā)器肋(E)的分開(kāi)距離小于在冷凝器肋之間的距離，并從蓋子上垂直伸出，因此，形成膨脹通道系統(tǒng)的熱虹吸管。散熱部件(F)安裝在蓋子的外側(cè)。
通過(guò)將蓋子和蒸發(fā)器肋集成為一個(gè)部件，可以消除在蓋子和肋之間的接觸熱阻，這使得熱虹吸管更高效。散熱肋集成在熱虹吸管中，這消除了在冷凝器肋和外部散熱肋之間的接觸熱阻。
圖2b表示了可選實(shí)施例，與圖2a相同的參考字母表示相同部件，其中，冷凝器部分和蒸發(fā)器部分分開(kāi)并通過(guò)管道(D)連接，該管道(D)將蒸發(fā)的工作介質(zhì)從蒸發(fā)器導(dǎo)向冷凝器，在該冷凝器中，蒸發(fā)的工作介質(zhì)冷凝成液體，并通過(guò)重力送回蒸發(fā)器。蓋子以與第一實(shí)施例相同的方式布置在蒸發(fā)器和冷凝器部分上。
為了在蓋子和散熱器之間形成防漏密封，優(yōu)選是(但不局限于)通過(guò)摩擦攪動(dòng)焊接進(jìn)行連接。該連接技術(shù)在EP-A-615480中進(jìn)行了介紹。通常，插入要進(jìn)行焊接的接頭區(qū)域內(nèi)的摩擦焊工具(探頭)進(jìn)行輪轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以便產(chǎn)生塑性材料，并通常橫穿過(guò)接頭區(qū)域。當(dāng)材料冷卻時(shí)將產(chǎn)生高質(zhì)量的接頭。
通過(guò)提供集成的散熱器/熱虹吸管，能夠比當(dāng)采用連接時(shí)更高效地傳熱。本發(fā)明提供了一種高效制造集成結(jié)構(gòu)的新方法，同時(shí)使該結(jié)構(gòu)保持較高的傳熱。
對(duì)基座和蓋子的材料選擇取決于容易進(jìn)行制造和可靠性維護(hù)的應(yīng)用要求。鋁為優(yōu)選，因?yàn)樗子谥圃?，且密度比其它金屬更低，但是也可以采用其它金屬?br> 實(shí)例蓋子由鋁錠擠出，從而形成板，該板有沿其中心從一側(cè)伸出的肋。延伸超過(guò)蒸發(fā)器的專用區(qū)域的肋將通過(guò)銑削而除去，以便形成蒸發(fā)器部分E，如圖2a所示。然后擠出基座，以便形成具有從一側(cè)伸出的散熱肋的板?；钠絺?cè)進(jìn)行機(jī)械加工，這樣，形成如圖2a所示圖形的冷凝器通道以及用于裝入蒸發(fā)器肋的空腔。通過(guò)使摩擦攪動(dòng)焊接工具沿接頭(如圖1a中的熱虹吸管的輪廓所示)運(yùn)行而使蓋子與基座連接。當(dāng)蓋子和基座連接時(shí)，構(gòu)成熱虹吸管的密封腔形成于腔室內(nèi)。蒸發(fā)器充滿液體。工作流體的選擇取決于熱虹吸管的工作溫度，并可以根據(jù)在各個(gè)情況下的特殊要求來(lái)選擇。熱源(F)安裝在蓋子上。在熱負(fù)載作用下，在蒸發(fā)器中的液體的一部分轉(zhuǎn)變成氣體，并向上流向冷凝器，在該冷凝器中，蒸氣冷凝成液體，并通過(guò)液體返回通道流回蒸發(fā)器。
盡管已經(jīng)結(jié)合特定的優(yōu)選實(shí)施例特別介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)知道，本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可以根據(jù)前述說(shuō)明進(jìn)行變化和改變。例如，蒸發(fā)器可以為基座的一部分，而冷凝器為蓋子的一部分。所有部分都可以擠出，包括冷凝器的肋以及從用于連接部件的區(qū)域中除去的肋。在后一種情況，所有的肋都可以與蓋子或散熱器基座成一體制造，或者可以制成為蓋子或基座的一部分。
通過(guò)擠出熱虹吸管的一部分或全部，可以簡(jiǎn)化制造，并提高傳熱。
權(quán)利要求
1.一種熱虹吸管，包括基座(1)、冷凝器部分(5)和蒸發(fā)器部分(4)，其通過(guò)使用工作流體而從熱源(2)傳導(dǎo)熱量，其特征在于蒸發(fā)器和/或冷凝器部分具有擴(kuò)大表面面積的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中，該內(nèi)部結(jié)構(gòu)的至少一部分通過(guò)擠出而制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱虹吸管，其中冷凝器和蒸發(fā)器部分集成在限定的腔室內(nèi)，該腔室通過(guò)蓋子(3)密封。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱虹吸管，其中熱虹吸管的擠出部分為蓋體的集成部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一個(gè)所述的熱虹吸管，其中冷凝器和蒸發(fā)器部分為分離結(jié)構(gòu)，它們通過(guò)傳送工作流體的管道來(lái)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱虹吸管，其中蓋子被擠出，并包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求2-5中任意一個(gè)所述的熱虹吸管，其中蓋子通過(guò)摩擦攪動(dòng)焊接來(lái)安裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一個(gè)所述的熱虹吸管，其中熱虹吸管的至少一部分由鋁或鋁合金制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任意一個(gè)所述的熱虹吸管，其中該結(jié)構(gòu)包括從基座朝著熱虹吸管外部延伸的散熱肋。
9.一種制造如權(quán)利要求1-8中任意一個(gè)所述的熱虹吸管的方法，其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)的至少一部分通過(guò)擠出而制造。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的、制造熱虹吸管的方法，其中該蓋子通過(guò)摩擦攪動(dòng)焊接而安裝在基座上。
11.如權(quán)利要求1-8所述的熱虹吸管的用途是用于冷卻電子部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱虹吸管，特別是用于冷卻電子部件。在第一實(shí)施例中，熱虹吸管這樣制造，即通過(guò)擠出基座(1)并在該基座中銑出通道結(jié)構(gòu)，以便生成從該基座垂直伸出的多個(gè)肋。蓋子(3)包括多個(gè)從該蓋子垂直伸出的肋(4)，該蓋子(4)布置在散熱器通道結(jié)構(gòu)上面，從而形成膨脹通道系統(tǒng)的熱虹吸管。在第二實(shí)施例中，蒸發(fā)器和冷凝器部分分離，并通過(guò)管道連接。為了形成在蓋子和基座之間的防漏密封，優(yōu)選是通過(guò)摩擦攪動(dòng)焊接來(lái)進(jìn)行連接。通過(guò)提供擠出的熱虹吸管，與采用連接時(shí)相比能更高效地傳熱。本發(fā)明提供了一種高效制造集成結(jié)構(gòu)的新方法，同時(shí)使該結(jié)構(gòu)保持較高的傳熱。
文檔編號(hào)F28D15/02GK1551724SQ20041004314
公開(kāi)日2004年12月1日 申請(qǐng)日期2004年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月12日
發(fā)明者安德斯·諾林, 安德斯 諾林, 圖奧維寧, 澤波·圖奧維寧, 博·本特松, 特松, 侯錦 申請(qǐng)人:Sapa股份公司