專利名稱：薄型平面散熱器的制作方法
發(fā)明簡(jiǎn)述本發(fā)明總體上涉及一種熱分布裝置，例如與微處理器或其它微電子裝置結(jié)合使用的裝置。更具體地，本發(fā)明涉及一種通過(guò)采用平面毛細(xì)管流體通道分布熱量的薄型平面散熱器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體元件的尺寸不斷減小。與這種尺寸減小相對(duì)應(yīng)的是半導(dǎo)體元件功率密度的提高。這隨之造成了所必須解決的熱量激增問(wèn)題，因?yàn)檫^(guò)熱將使半導(dǎo)體元件的性能降低。
熱管和熱虹吸管已經(jīng)用于冷卻半導(dǎo)體元件。熱管和熱虹吸管的操作均在閉合的兩相循環(huán)下進(jìn)行，利用蒸發(fā)潛熱傳遞熱量。
熱虹吸管一般是一根包容有某種流體的管子。當(dāng)與某種半導(dǎo)體元件，例如微處理器結(jié)合使用時(shí)，稱為蒸發(fā)器或汽化器的熱虹吸管的第一端聯(lián)接到半導(dǎo)體元件的發(fā)熱表面。稱作冷凝器的熱虹吸管的第二端自該半導(dǎo)體元件垂直延伸，在該處由環(huán)境空氣冷卻。
在一第一循環(huán)中，來(lái)自半導(dǎo)體元件的熱量使熱虹吸管內(nèi)的流體蒸發(fā)。在蒸發(fā)過(guò)程中，該流體蒸氣吸收了一定量的所謂蒸發(fā)潛熱的熱量。在蒸發(fā)器內(nèi)形成的蒸氣溫度高且因此比冷凝器內(nèi)的蒸氣的壓力高。因此，該蒸氣自蒸發(fā)器流向冷凝器。
在一第二循環(huán)中，蒸氣在熱虹吸管的冷凝器壁上冷凝。該冷凝操作導(dǎo)致熱量的釋放。結(jié)果，熱量從蒸發(fā)器轉(zhuǎn)移到冷凝器。重力隨后使冷凝器內(nèi)的冷凝液流回到蒸發(fā)器。此兩相循環(huán)過(guò)程而后重復(fù)進(jìn)行。
盡管熱虹吸管的內(nèi)表面有時(shí)可襯有槽或微孔結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)冷凝液返回蒸發(fā)器或提高熱傳遞系數(shù)，但是熱虹吸管原則上是依靠局部的重力使流體返回蒸發(fā)器的。因此明確地講，為了正常操作，熱虹吸管的蒸發(fā)器必須處于冷凝器之下。
熱管按照與熱虹吸管相同的原理操作。熱管的一項(xiàng)特殊性能是它采用了某種不連續(xù)的虹吸結(jié)構(gòu)來(lái)促進(jìn)流體自冷凝器向蒸發(fā)器的流動(dòng)。該虹吸結(jié)構(gòu)使熱管能在相對(duì)于重力呈水平取向的狀態(tài)下使用，或者甚至使蒸發(fā)器的取向與重力相反，盡管該裝置的效率根據(jù)不同的物理取向會(huì)有很大的改變。例如，如果該裝置的取向與重力相反，其性能要降低大約一半。因此，要依賴局部重力場(chǎng)來(lái)促進(jìn)流體自冷凝器向蒸發(fā)器的流動(dòng)，這是熱虹吸管與熱管有區(qū)別之處。
熱虹吸管與微處理器結(jié)合使用的問(wèn)題是熱虹吸管相對(duì)于重力要求垂直取向。這使裝置的外輪廓增高。結(jié)果，熱虹吸管難于用在緊湊的電子設(shè)備中，例如掌中電腦、筆記本電腦、膝上電腦、桌面電腦和供電裝置。
使用熱虹吸管的另一個(gè)問(wèn)題是它們對(duì)方向敏感。即，它們的取向必須是使重力能迫使冷凝流體流回蒸發(fā)器。微處理器的經(jīng)銷商并不知道計(jì)算機(jī)的使用者如何放置計(jì)算機(jī)。例如，某些計(jì)算機(jī)水平放置在桌面上，而另一些則垂直安裝在地板上。熱虹吸管只能以一種預(yù)定的相對(duì)于重力的物理取向操作。
盡管熱管不象熱虹吸管那樣對(duì)方向敏感，但它仍存在需要有不連續(xù)虹吸結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。該不連續(xù)虹吸結(jié)構(gòu)一般由網(wǎng)膜、燒結(jié)金屬或一組軸向槽構(gòu)成。不連續(xù)虹吸結(jié)構(gòu)增加了制造方面的支出，而且使熱管不能大量生產(chǎn)。另外，諸如網(wǎng)膜的不連續(xù)虹吸結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)較高的流體阻力。因此，提供一種對(duì)方向不敏感和不需要流體阻力大的虹吸結(jié)構(gòu)的熱傳遞裝置將是十分需要的。這種裝置的垂直方向外輪廓較低，以保證它能容易地結(jié)合進(jìn)各種緊湊式電子設(shè)備。
另一類常用來(lái)減弱與半導(dǎo)體元件相關(guān)聯(lián)的熱量問(wèn)題的裝置是翅片散熱器。翅片散熱器有一個(gè)與半導(dǎo)體元件發(fā)熱表面相聯(lián)結(jié)的水平表面和一組自該水平表面垂直延伸的翅片。該翅片由環(huán)境空氣冷卻。這樣，水平表面的熱量傳導(dǎo)到翅片上。典型情況下，熱只產(chǎn)生在翅片散熱器的水平表面的幾個(gè)區(qū)域內(nèi)。因此，與這幾個(gè)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的翅片完成的冷卻最多。為了減輕這種熱量局部化的問(wèn)題，可以采用較厚的熱塊來(lái)改善熱量分布。這個(gè)方法所帶來(lái)的問(wèn)題是它大大增加了裝置垂直方向的外輪廓。另外，熱塊重量大且比較昂貴。結(jié)果，人們強(qiáng)烈需要提供一種裝置，它能沿翅片散熱器的水平表面均勻分布熱量，而又不顯著增大半導(dǎo)體元件外殼的垂直外輪廓。這種裝置能使散熱器的所有翅片均進(jìn)行散熱。因此，可以提高翅片散熱器的效率。
風(fēng)扇也已經(jīng)用來(lái)減輕與諸如半導(dǎo)體元件的發(fā)熱表面有關(guān)的熱問(wèn)題。在用風(fēng)扇來(lái)排除熱量的表面上，各表面上的熱分布一般是不均勻的。風(fēng)扇在這種條件下操作，其效率不如從熱量均勻分布的表面上排除熱量的風(fēng)扇高。再者，當(dāng)風(fēng)扇用于發(fā)熱表面時(shí)，熱動(dòng)力學(xué)研究表明，由風(fēng)扇所產(chǎn)生的空氣運(yùn)動(dòng)，大部分是作用在風(fēng)扇的周邊。這樣，將熱量傳遞到發(fā)熱表面的周邊就極其重要。根據(jù)上述觀點(diǎn)，非常需要提供一種裝置，能使熱量在暴露于風(fēng)扇的一個(gè)表面或多個(gè)表面上均勻分布。這種裝置最好具有低的垂直外輪廓，以保證它與緊湊式電子設(shè)備的兼容性。
發(fā)明概要一種散熱設(shè)備，它包括一第一平面主體，用于聯(lián)接到在第一平面主體上形成一個(gè)熱區(qū)和一個(gè)冷區(qū)的發(fā)熱表面上。一個(gè)與第一平面主體相連的第二平面主體，用來(lái)在第一平面主體和第二平面主體之間構(gòu)成一個(gè)空隙。該空隙包括一平面毛細(xì)管通道和一無(wú)毛細(xì)管區(qū)。一種處于上述空隙中的流體借助該流體在熱區(qū)的平面毛細(xì)管通道內(nèi)蒸發(fā)、在冷區(qū)的無(wú)毛細(xì)管區(qū)內(nèi)冷凝，自無(wú)毛細(xì)管區(qū)通過(guò)毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)到熱區(qū)的平面毛細(xì)管通道來(lái)分布熱量。
該主體極薄，一般小于2.0毫米。但是，它的熱分布特性要比垂直外輪廓尺寸大得多的現(xiàn)有金屬熱塊好得多。因此，該裝置非常適用于緊湊式電子設(shè)備和與諸如翅片散熱器或風(fēng)扇的其它冷卻裝置結(jié)合使用。
盡管該裝置同熱虹吸管或熱管一樣也是兩相循環(huán)，但它并沒有這些裝置的某些關(guān)鍵特性。與熱虹吸管不同，本發(fā)明的裝置對(duì)取向不敏感。與熱管不同，它有諸如網(wǎng)膜或軸向槽的不連續(xù)的虹吸器具，本發(fā)明依靠在裝置的主體內(nèi)形成的平面毛細(xì)管流體通道。該平面毛細(xì)管流體通道的幾何形狀避免了存在于熱管中的流體動(dòng)力學(xué)阻力較高的虹吸器具。另外，在具體實(shí)施例中，毛細(xì)管流體通道的結(jié)構(gòu)消除了冷凝器中的流體流和蒸發(fā)器中的蒸氣流之間的逆流粘滯剪切力，即一個(gè)與現(xiàn)有熱管和熱虹吸管相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題。最后，該裝置的結(jié)構(gòu)便于低成本大量制造。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明為了較好地理解本發(fā)明的本質(zhì)和目的，應(yīng)參考下面結(jié)合附圖所做的詳細(xì)說(shuō)明，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所構(gòu)成的散熱器的橫截面圖2是圖1所示散熱器一部分的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的散熱器的部分的頂視圖；圖4是沿圖3中4-4線所截取的橫剖面圖，表示散熱器內(nèi)的流體；圖4A是圖4所示設(shè)備的零件分解圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的散熱器的一部分的另一種結(jié)構(gòu)；圖6是是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，帶擴(kuò)展表面平面毛細(xì)管流體通道的散熱器的頂視圖；圖7是沿圖6中7-7線所截取的橫剖面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的雙熱源散熱器主體的頂視圖；圖9是沿圖8中9-9線所截取的橫剖面圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的四熱源散熱器的頂視圖；圖11是沿圖10中11-11線所截取的橫剖面圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的另一種散熱器主體結(jié)構(gòu)的橫剖面圖；圖13表示當(dāng)其相對(duì)于重力垂直取向時(shí)，圖12所示散熱器主體內(nèi)的流體形式；圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一種散熱器主體結(jié)構(gòu)的橫剖面圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的另一種雙熱源散熱器主體的橫剖面圖；圖16表示當(dāng)其相對(duì)于重力垂直取向時(shí)，圖15散熱器主體內(nèi)的流體形式；圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的“徑向”散熱器結(jié)構(gòu)的主體底部的頂視圖；圖18是沿圖16中18-18線所截取的橫剖面圖；圖19是圖18所示設(shè)備的一部分的放大圖；圖20是圖19所示散熱器所用的主體頂部的側(cè)視圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的“圓圈排列”散熱器結(jié)構(gòu)的主體底部的頂視圖；圖22是沿圖21中22-22線所截取的橫剖面圖；圖23是圖22所示設(shè)備的一部分的放大圖；圖24是圖21所示散熱器所用主體頂部的側(cè)視圖；圖25是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的“方矩陣”散熱器結(jié)構(gòu)的主體底部的頂視圖；圖26是沿圖25中26-26線所截取的橫剖面圖27圖26所示設(shè)備的一部分的放大圖；圖28是圖24所示散熱器所用主體頂部的側(cè)視圖；圖29是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的“變尺寸方矩陣”散熱器結(jié)構(gòu)的主體底部的頂視圖；圖30是沿圖29中30-30線所截取的橫剖面圖；圖31是圖30所示設(shè)備的一部分的放大圖；圖33是沿圖29中32-32線所截取的橫剖面圖；圖33是圖32所示設(shè)備的一部分的放大圖；圖34是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，它包括在其中構(gòu)成有三角形冷凝器的蒸發(fā)平臺(tái)；圖35是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平面圖，它在毛細(xì)管流體通道的所選區(qū)域中包括周邊成核區(qū)表面；圖36是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平面圖，它包括貫穿毛細(xì)管流體通道的周邊成核區(qū)表面；圖37是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的平面圖，它包括在毛細(xì)管流體通道和無(wú)毛細(xì)管區(qū)上的周邊成核區(qū)表面；圖38是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，帶有支腳件，用于在形成于半導(dǎo)體元件外殼的頂面上的電容器上方提供間隙；圖39是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，帶有孔，用于在形成于半導(dǎo)體元件外殼的頂面上的電容器上方提供間隙；圖40是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中該設(shè)備包括一擴(kuò)展表面區(qū)和在該設(shè)備所確定的平面內(nèi)整體構(gòu)成的平面散熱翅片；圖41是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的透視圖，其中該設(shè)備包括一彎曲主體和在該設(shè)備所確定的平面內(nèi)整體構(gòu)成的平面散熱翅片。
在附圖中的各個(gè)圖中，相同的零件參考標(biāo)號(hào)相同。
發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1是散熱器主體20的橫剖面圖，其由呈半導(dǎo)體元件外殼形式的一第一平面主體22和呈上蓋形式的一第二平面主體21構(gòu)成。半導(dǎo)體外殼22是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)管腳網(wǎng)格排列的外殼，帶有包括粘接架26的半導(dǎo)體元件空隙24。處于半導(dǎo)體元件空隙24的底部的是半導(dǎo)體元件28。粘接導(dǎo)線(未示出)將半導(dǎo)體元件28電聯(lián)接到包括與一組外殼管腳30電聯(lián)接的內(nèi)軌道(未示出)的半導(dǎo)體元件外殼22上。
上蓋21具有這樣的物理形狀，當(dāng)聯(lián)接到半導(dǎo)體外殼22上時(shí)，它構(gòu)成一個(gè)帶有無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的空隙。該無(wú)毛細(xì)管區(qū)32包括絕熱區(qū)44和冷凝器46。該空隙還包括一平面毛細(xì)管流體通道50，它包括蒸發(fā)器51。
由半導(dǎo)體元件28所產(chǎn)生的熱量傳遞到半導(dǎo)體元件外殼22的頂部。所產(chǎn)生的熱大量地施加到散熱器主體20的蒸發(fā)器51上。大部分的熱施加到蒸發(fā)器51的底表面55，一些熱經(jīng)傳導(dǎo)通過(guò)傳熱柱53，加熱蒸發(fā)器51的頂表面57，蒸發(fā)器51內(nèi)的流體吸收熱量并蒸發(fā)。所生成的蒸氣通過(guò)絕熱區(qū)44轉(zhuǎn)移，在該處熱量不損失也不增加。它繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到冷凝器區(qū)46，在此蒸氣在該裝置的內(nèi)壁上冷卻和凝聚。冷凝的流體隨后通過(guò)流體的毛細(xì)管作用被抽入平面毛細(xì)管流體通道50。即，該裝置的下面詳細(xì)討論的細(xì)小尺寸使得流體從無(wú)毛細(xì)管區(qū)32，特別是冷凝器46，借助毛細(xì)管作用抽入平面毛細(xì)管流體通道50。該平面毛細(xì)管流體通道50返回引導(dǎo)至蒸發(fā)器51。這樣，兩相蒸發(fā)-冷凝循環(huán)自動(dòng)重復(fù)進(jìn)行。這種循環(huán)使得由半導(dǎo)體元件28產(chǎn)生的熱量分布在一較大的區(qū)域上，而不是集中在靠近半導(dǎo)體元件28的局部區(qū)域。
請(qǐng)注意，蒸發(fā)器51的規(guī)格與半導(dǎo)體元件28的大體一致。同樣，上蓋21的規(guī)格與半導(dǎo)體元件外殼22的大體一致。
本發(fā)明的操作最好參見圖2，那是散熱器上蓋21的透視圖。圖中給出了傳熱柱53，它在蒸發(fā)器平臺(tái)60的蒸發(fā)表面57上形成。該蒸發(fā)器平臺(tái)60自無(wú)毛細(xì)管區(qū)的表面62升高。平面毛細(xì)管流體通道50也構(gòu)成于無(wú)毛細(xì)管區(qū)的表面62之上。流體通道橋63將平面毛細(xì)管流體通道50與蒸發(fā)器平臺(tái)60相連接。因此，平面毛細(xì)管流體通道50實(shí)際上也包括流體通道橋63和蒸發(fā)平臺(tái)60的蒸發(fā)表面57。
本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人士可以看出，本發(fā)明有多項(xiàng)獨(dú)特的貢獻(xiàn)。如上所述，裝置的尺寸導(dǎo)致自無(wú)毛細(xì)管區(qū)32至平面毛細(xì)管流體通道50的虹吸作用。這種虹吸作用與裝置相對(duì)于重力的物理取向無(wú)關(guān)。因此，不象相對(duì)于重力只能在一個(gè)取向下使用的熱虹吸管，本發(fā)明的裝置不局限于這種方式。
平面毛細(xì)管流體通道50執(zhí)行與熱管相關(guān)聯(lián)的虹吸操作。但是，與現(xiàn)有的熱管不同，這種虹吸操作不依賴于諸如網(wǎng)膜的分立結(jié)構(gòu)。而是將平面毛細(xì)管流體通道50構(gòu)成于裝置主體的外面。因此避免了與先有熱管技術(shù)中的一些花費(fèi)。另外，也避免了不連續(xù)虹吸結(jié)構(gòu)的流體動(dòng)力學(xué)阻力較高的問(wèn)題。
所公開的設(shè)備的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是流體在流體通道50內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)決不會(huì)被蒸氣在蒸發(fā)器51內(nèi)的運(yùn)動(dòng)直接抵消。在大多數(shù)熱管和熱虹吸管中，蒸發(fā)向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)而流體向相反方向運(yùn)動(dòng)。結(jié)果，這些先有技術(shù)的裝置中，在流體流和蒸氣流之間存在逆流粘滯剪切力，圖1所示的實(shí)施例避免了這樣一個(gè)問(wèn)題。
如圖1所示，當(dāng)散熱器20聯(lián)接到半導(dǎo)體外殼22上時(shí)，其規(guī)格與半導(dǎo)體外殼22的規(guī)格大致吻合。這個(gè)特點(diǎn)，再結(jié)合裝置的垂直輪廓低的特點(diǎn)，使其適于應(yīng)用在緊湊式電子設(shè)備中。垂直輪廓低還使該裝置適于與其它冷卻裝置，例如風(fēng)扇和翅片式散熱器結(jié)合使用。如下所示，本發(fā)明的裝置在散熱方面效率比尺寸相當(dāng)?shù)墓腆w金屬塊高得多。
散熱器蓋21最好用金屬制成，例如鋁。散熱器蓋21可以錫焊或銅焊在半導(dǎo)體元件22上。散熱器的垂直總間距最好在2.0毫米左右，盡管該裝置已經(jīng)實(shí)現(xiàn)1.0毫米的垂直間距，且所實(shí)現(xiàn)的垂直間距可以大到10.0毫米，而后關(guān)于尺寸和重量的考慮對(duì)實(shí)際裝置的制約減弱了。
構(gòu)成冷凝器46及絕熱區(qū)44的區(qū)域的垂直間距希望少于2.5mm，更好是在2.0和0.5mm之間，且最好在1.25mm左右。構(gòu)成蒸發(fā)器和平面毛細(xì)管流體通道50的區(qū)域的垂直間距希望小于0.5mm，在0.325和0.025mm之間更佳，最好約0.125mm。
構(gòu)成蒸發(fā)器和平面毛細(xì)管流體通道50的區(qū)域的垂直間距是相對(duì)固定的，而構(gòu)成絕熱區(qū)44和冷凝器46的區(qū)域的垂直間距變化很大。絕熱區(qū)44的垂直間距是所需熱性能(允許壓降)的函數(shù)。
毛細(xì)管流體通道50的幾何形狀決定了向蒸發(fā)器區(qū)域供給流體的能力。任何特定幾何形狀的毛細(xì)管所能提供的流體量均存在一個(gè)限制，因此超過(guò)該限制將發(fā)生“干出”。一旦超過(guò)干出的界限，一般可以觀察到直接和過(guò)度的熱性能降低。另一方面，絕熱區(qū)44的幾何形狀控制蒸氣自蒸發(fā)器區(qū)向冷凝器區(qū)傳輸?shù)男省＝^熱區(qū)的幾何形狀不受什么“陡變函數(shù)”的限制，象在毛細(xì)管流體通道的情況下那樣。小絕熱區(qū)仍將允許蒸氣流動(dòng)，盡管阻力較大。由于熱效率(假設(shè)流體供給充足)是蒸發(fā)器區(qū)和冷凝器區(qū)之間壓力差的函數(shù)，且該壓力差是速度平方的函數(shù)，而速度又直接與絕熱區(qū)垂直間距成比例，所以可以通過(guò)調(diào)節(jié)垂直間距來(lái)提供所需的熱效率。這樣，垂直間距達(dá)9.0mm的絕熱區(qū)的效率足夠，但是這樣的結(jié)構(gòu)要求散熱器的總垂直間距在10.0mm左右。如上所討論的，等于或大于此數(shù)值的尺寸將不能實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明的裝置可以通過(guò)機(jī)加工、沖壓、化學(xué)蝕刻、化學(xué)沉積或其它任何本技術(shù)內(nèi)眾所周知的技術(shù)制成。為了保證在散熱器20內(nèi)充分潤(rùn)濕，主體內(nèi)的表面應(yīng)徹底清理。兩部分最好是銅焊在一起。而后，采用標(biāo)準(zhǔn)的充填技術(shù)將流體注入主體內(nèi)。典型情況下，使用真空泵從空隙中去除無(wú)法冷凝的氣體。在此之后，存在于空隙中的只有流體。在這一點(diǎn)，空隙中的壓力與流體在當(dāng)前溫度下流體的蒸氣壓力是成正比的。隨后將主體密封，保持空隙中的狀態(tài)。
圖3是散熱器主體部分21A的項(xiàng)視圖。圖3的裝置與散熱器底部相對(duì)應(yīng)，構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的散熱器。在這種結(jié)構(gòu)中，裝置的兩部分構(gòu)成外形，這與圖1中的實(shí)施例不同，它只是裝置的一個(gè)主體部分構(gòu)成外形。
圖4給出了用圖3所示散熱器的主體部分21A構(gòu)成的裝置64。裝置64包括一相應(yīng)的散熱器底部21B。因此，圖4可以理解為沿圖3的4-4線所截取的橫剖面圖。
圖4還給出了處于蒸發(fā)器51和流體通道50內(nèi)的流體66。該圖進(jìn)一步給出了流體66正在虹吸進(jìn)入流體通道50。該圖表明，在絕熱區(qū)44的壁上幾乎沒有流體，而在冷凝器46的壁上有少量流體。
圖4A是圖4所示裝置的零件分解圖。該圖給出了散熱器頂部21A和散熱器底部21B。該圖還示出了流體66充滿毛細(xì)管流體通道50。因此，流體66的形狀與毛細(xì)管流體通道50的形狀一樣。圖4A還給出一特殊區(qū)域67。該特殊區(qū)域67的形狀與無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的形狀相符合。這樣，該特殊區(qū)域67可以認(rèn)為是蒸氣存在的區(qū)域。如圖4所示和下面所討論的，除了蒸氣之外，一些流體也確實(shí)存在于特殊區(qū)域67中。
圖5是散熱器蓋68的頂視圖。圖5的散熱器蓋68包括蒸發(fā)器表面57，帶有擴(kuò)展的邊緣表面元件72。由于典型情況下蒸氣是在邊緣離開蒸發(fā)器表面57的，所以圖5的結(jié)構(gòu)提供了伸入無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的擴(kuò)展表面，以便于蒸氣進(jìn)入。圖5還給出了帶有擴(kuò)展邊緣表面元件76的毛細(xì)管流體通道50。該擴(kuò)展邊緣表面元件76方便了流體自無(wú)毛細(xì)管區(qū)域32向流體通道50的虹吸運(yùn)動(dòng)。在擴(kuò)展邊緣表面元件76和冷凝器無(wú)毛細(xì)管區(qū)32之間最好有一傾斜表面，方便流體的虹吸運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的所有實(shí)施例最好都避免有突然的表面過(guò)度。
圖6給出了根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種散熱器主體80。主體80包括一蒸發(fā)器平臺(tái)表面57，它與導(dǎo)引至毛細(xì)管流體通道50的流體通道橋63相聯(lián)接。毛細(xì)管流體通道50包括呈半島84形式的擴(kuò)展表面元件。半島84比圖5的擴(kuò)展表面元件76大，但是它們的目的是相同的，都是方便流體自無(wú)毛細(xì)管區(qū)32向毛細(xì)管流體通道50的運(yùn)動(dòng)。
圖7是裝置80沿圖6中7-7線所截取的橫剖面圖。在圖的各端均可看到毛細(xì)管50。在無(wú)毛細(xì)管區(qū)32之間還可看到半島84。
與圖1的散熱器蓋21不同，那是以半導(dǎo)體元件外殼構(gòu)成一個(gè)主體，而圖6和圖7的裝置是不連續(xù)的部件。圖7所示裝置的總垂直高度較好是小于3.0mm，最好約2.0mm。無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的垂直高度與前述實(shí)施例一致。同樣，與通道50相關(guān)聯(lián)的垂直高度也與前述實(shí)施例一致。
圖8是雙熱源散熱器主體90的頂視圖。裝置90包括一第一蒸發(fā)器表面57A和一第二蒸發(fā)器表面57B。第一蒸發(fā)器表面57A位于一第一熱源，例如半導(dǎo)體元件(未示出)之上，而第二蒸發(fā)器表面57B位于第二半導(dǎo)體元件(未示出)之上。一第一流體通道橋63A使第一蒸發(fā)器表面57A聯(lián)接到平面毛細(xì)管流體通道50，而一第二流體通道橋63B使第一蒸發(fā)器表面57A聯(lián)接到第二蒸發(fā)器表面57B。最好是一個(gè)單獨(dú)的無(wú)毛細(xì)管區(qū)32為由蒸發(fā)器表面57A、57B構(gòu)成的兩個(gè)蒸發(fā)器區(qū)域服務(wù)。換言之，無(wú)毛細(xì)管區(qū)32在蒸發(fā)器表面57A、57B的兩側(cè)之間有一條開放的通道。
圖9是沿圖8中9-9線所截取的橫剖面圖。圖9給出了處于主體90的各端的平面毛細(xì)管流體通道50。該圖還給出了位于無(wú)毛細(xì)管區(qū)32之間的第一蒸發(fā)器表面57A和位于無(wú)毛細(xì)管區(qū)32之間的第二蒸發(fā)器表面57B。
圖10給出了一四熱源散熱器主體100。該主體100與容納四個(gè)半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體元件外殼結(jié)合使用。主體100包括一第一蒸發(fā)器表面57A、一第二蒸發(fā)器表面57B、一第三蒸發(fā)器表面57C和一第四蒸發(fā)器表面57D。第一、第二、第三和第四流體通道橋63A、63B、63C和63D用來(lái)聯(lián)接蒸發(fā)器平臺(tái)和平面毛細(xì)管流體通道50。無(wú)毛細(xì)管區(qū)32包括支撐柱102。支撐柱102起到傳熱柱的作用。要防止無(wú)毛細(xì)管區(qū)32在真空條件下崩塌，柱102的支撐作用是很重要的。
圖11是沿圖10中11-11線所截取的橫剖面圖。該圖給出了平面毛細(xì)管通道50、蒸發(fā)器表面57C和57D、無(wú)毛細(xì)管區(qū)32和支撐柱102。
圖12是根據(jù)本發(fā)明所構(gòu)成另一實(shí)施例的散熱器主體110。散熱器主體110位于半導(dǎo)體元件111之上。翅片散熱器114位于主體110之上。該翅片散熱器114包括支撐垂直翅片118的水平表面116。
散熱器主體110包括一自蒸發(fā)器51延伸到無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的冷凝器46的傾斜平表面112。該傾斜平表面112呈截頭圓錐的結(jié)構(gòu)。冷凝器46中的流體通過(guò)傾斜平表面112的毛細(xì)管作用抽回到蒸發(fā)器51。即，毛細(xì)管作用將流體從垂直間距較大的冷凝器46抽入垂直間距較小的蒸發(fā)器51。這樣，本發(fā)明的實(shí)施例沒有周邊平面毛細(xì)管流體通道。代替它的是，流體在無(wú)毛細(xì)管區(qū)32內(nèi)冷凝，而后借助毛細(xì)管作用抽入蒸發(fā)器57，不使用流體毛細(xì)管通道橋。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是流體將通過(guò)在表面112上自然形成的多條流體毛細(xì)管通道抽入蒸發(fā)器51。
圖13表示圖12所示散熱器主體110相對(duì)于重力處于垂直位置的情況。該圖還給出了該主體內(nèi)的流體的毛細(xì)管作用。毛細(xì)管作用使流體120環(huán)繞傳熱柱53。另外，毛細(xì)管作用使流體121沿主體110的壁向上延伸，造成中凹的流體形狀122。圖13表示出了本發(fā)明的裝置的方向不敏感性，這個(gè)特性是本發(fā)明的一項(xiàng)重要有益之處。
圖14是根據(jù)本發(fā)明的另一種散熱器主體130的橫剖面圖。在此實(shí)施例中，傾斜平表面112導(dǎo)致靠近蒸發(fā)器51的無(wú)毛細(xì)管區(qū)32處的垂直間距較大。無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的垂直間距大造成靠近蒸發(fā)器51處的蒸發(fā)壓力較低，便于蒸發(fā)器51內(nèi)流體的蒸發(fā)。傾斜平表面112延伸到主體130的周邊處的平面毛細(xì)管流體通道50。平面毛細(xì)管流體通道50的形狀示于圖3。但是，與圖3中的實(shí)施例不同，在圖13的實(shí)施例中，在通道50和無(wú)毛細(xì)管區(qū)32之間有一平緩斜坡存在。
圖15是整體采用散熱翅片152的散熱器主體150的橫剖面圖。散熱器主體150與多芯片半導(dǎo)體元件外殼140結(jié)合使用，該外殼內(nèi)容納有一第一半導(dǎo)體元件28A和一第二半導(dǎo)體元件28B。主體150包括為蒸發(fā)器51和無(wú)毛細(xì)管區(qū)32所環(huán)繞的一第一傳熱柱53A。另外，該主體包括由蒸發(fā)器51和無(wú)毛細(xì)管區(qū)32所環(huán)繞的一第二傳熱柱53B。在蒸發(fā)器51和無(wú)毛細(xì)管區(qū)32之間再次采用了傾斜表面，因此也具有上述優(yōu)點(diǎn)。
圖15還示出了位于散熱翅片152的頂部，包括扇葉156的風(fēng)扇154。風(fēng)扇154的位置處在散熱翅片152之上或之內(nèi)，這在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)是眾所周知的。通過(guò)提供一種垂直輪廓低的機(jī)構(gòu)，將熱量從半導(dǎo)體元件外殼的中心分布到風(fēng)扇能進(jìn)行最有效冷卻的邊緣，本發(fā)明為這種實(shí)際操作提供了便利。
圖16給出處于垂直位置的圖15所示主體150。該圖還給出了主體150中的流體。主體150的空隙中的毛細(xì)管作用使流體環(huán)繞兩傳熱柱53A和53B。如上所述，當(dāng)相對(duì)于重力水平取向時(shí)，朝向傳熱柱53A和53B的毛細(xì)管作用將構(gòu)成多條自然形成的進(jìn)入蒸發(fā)器51的毛細(xì)管通道。
圖17給出了本發(fā)明的“徑向”散熱器實(shí)施例?！皬较颉币辉~指的是無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的輪廓形狀，該區(qū)處于裝置的中心，并從中心以16個(gè)不同的方向徑向延伸。流體毛細(xì)管通道50存在于裝置的周邊，并以16條不同的腿162延伸到裝置的中心。此實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是流體毛細(xì)管通道50和無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的邊緣極多，以及實(shí)際上蒸氣可以容易地轉(zhuǎn)移到徑向無(wú)毛細(xì)區(qū)32的任何穩(wěn)定的區(qū)域。同樣，有許多條流體毛細(xì)管通道腿返回裝置的中心。
圖18是沿圖17中18-18線所截取的橫剖面圖。該圖給出了處于結(jié)構(gòu)中心的無(wú)毛細(xì)管區(qū)32。同樣，該圖給出了伸展于無(wú)毛細(xì)管區(qū)32內(nèi)的兩條流體毛細(xì)管通道50。流體在這些流體毛細(xì)管通道50的端頭蒸發(fā)并進(jìn)入無(wú)毛細(xì)管區(qū)32。然后在大多數(shù)情況下，蒸氣轉(zhuǎn)移到無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的周邊區(qū)域之外。圖18還給出了傳熱柱53。如同前述實(shí)施例，這些柱子53也起到支撐結(jié)構(gòu)的作用。
圖19是圖18所示中心區(qū)164的放大圖。圖19示出無(wú)毛細(xì)管區(qū)32、流體毛細(xì)管通道50的端頭和位于流體毛細(xì)管通道50上的傳熱柱53。
圖20是用于聯(lián)接到圖16所示主體底部的主體頂部的側(cè)視圖。圖20示出了構(gòu)成無(wú)毛細(xì)管區(qū)32的內(nèi)凹區(qū)。另外，該圖示出了流體毛細(xì)管通道50的頂層部分和傳熱柱53，后者與圖18所示的傳熱柱53相匹配。
圖21是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的“圓圈排列”散熱器設(shè)備170的主體底部的頂視圖。在本發(fā)明的這種結(jié)構(gòu)中，無(wú)毛細(xì)管區(qū)32呈大量不連續(xù)圓圈井164的形式。流體毛細(xì)管通道50環(huán)繞各個(gè)無(wú)毛細(xì)管區(qū)164。圖21還形成有大量的傳熱柱53。本發(fā)明的這種實(shí)施例是有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)樗苁沽黧w容易地遷移到結(jié)構(gòu)的幾乎任何區(qū)域。另外，此實(shí)施例為流體自流體毛細(xì)管通道50內(nèi)蒸發(fā)和返回流體毛細(xì)管通道50提供了大量的邊緣表面。再進(jìn)一步，此構(gòu)造是一種“通用”結(jié)構(gòu)，適用于單芯片外殼、雙芯片外殼或其它任何型式的多芯片模塊。
圖22是沿圖21中22-22線所截取的側(cè)剖視圖。該圖給出了不同的為流體毛細(xì)管通道50的部段所環(huán)繞的無(wú)毛細(xì)管區(qū)164。該圖還給出了位于流體毛細(xì)管通道50內(nèi)的傳熱柱53。
圖23是圖22所示區(qū)域172的放大圖。圖23給出了由包括傳熱柱53的流體毛細(xì)管通道50所環(huán)繞的無(wú)毛細(xì)管區(qū)164。
圖24是對(duì)應(yīng)于圖21所示主體底部170的主體頂部174。主體頂部174的結(jié)構(gòu)是與主體底部170相配合的。因此，主體頂部174包括流體毛細(xì)管通道頂50，帶有用于與主體底部上的相同元件對(duì)正的傳熱柱53。
圖25是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的“方矩陣”散熱器裝置180的主體底部的頂視圖。在此實(shí)施例中，流體毛細(xì)管通道50的形狀如格柵，且方形的不連續(xù)無(wú)毛細(xì)管區(qū)166穿插該格柵。此實(shí)施例也包括傳熱柱53。
圖26是沿圖25的26-26線所截取的設(shè)備180的側(cè)視圖。該圖給出了環(huán)繞不同的無(wú)毛細(xì)管區(qū)166的流體毛細(xì)管通道50。圖27是圖26所示區(qū)域182的放大圖。圖27給出了環(huán)繞無(wú)毛細(xì)管區(qū)166的流體毛細(xì)管通道50。該圖也示出了傳熱柱53。圖中還表示出用于聯(lián)接上蓋的周邊平臺(tái)184。
圖28給出與圖25所示裝置18相聯(lián)接的上蓋185。上蓋185包括流體毛細(xì)管通道的上蓋部分50，帶有與圖15所示傳熱柱53相配合的傳熱柱53。
本發(fā)明示于圖25-28中的實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是流體能夠沿直線路徑橫跨裝置的整個(gè)表面區(qū)運(yùn)動(dòng)。另外，方型結(jié)構(gòu)為蒸發(fā)后的流體逸出流體通道50和冷凝后的流體返回流體通道50提供了大量的邊緣區(qū)。再進(jìn)一步，如同圖21-24的“圓周排列”結(jié)構(gòu)的情況，圖25-28的裝置具有通用的結(jié)構(gòu)，能夠有效地與各種熱源分布方案配合使用。
圖29給出根據(jù)本發(fā)明的另一種散熱器200。散熱器200包括各種規(guī)格的無(wú)毛細(xì)管區(qū)。特別是，該圖給出小圖案的無(wú)毛細(xì)管區(qū)202、大圖案無(wú)毛細(xì)管區(qū)204和更大的無(wú)毛細(xì)管區(qū)206。圖29中各種圖案的無(wú)毛細(xì)管區(qū)一般是方的，但也可采用其它型式，如圓形和三角形。
圖30是沿圖29中30-30線所截取的橫剖面圖。該圖給出了各種規(guī)格的無(wú)毛細(xì)管區(qū)202-206。傳熱柱使不同的無(wú)毛細(xì)管區(qū)中斷，所以不同的無(wú)毛細(xì)管區(qū)多少有些難于區(qū)別，這種效果參見圖31可更完全地欣賞。
圖31是圖30所示區(qū)域208的放大圖。圖31給出了從主體的兩側(cè)相遇以構(gòu)成一連續(xù)柱結(jié)構(gòu)的相對(duì)應(yīng)的傳熱柱53。另外為了給裝置提供支撐和自裝置的一側(cè)向另一側(cè)傳導(dǎo)熱，這些柱子可作為冷凝表面用。換言之，對(duì)于蒸發(fā)后流體它們可用來(lái)構(gòu)成額外的冷凝區(qū)域。無(wú)毛細(xì)管區(qū)的外形表面也可用作為蒸發(fā)后流體提供額外的冷凝區(qū)域。
圖32是沿圖29中32-32線所截取的橫剖面圖。該圖給出了各種規(guī)格的無(wú)毛細(xì)管區(qū)202-206，請(qǐng)注意，在此圖中不同的無(wú)毛細(xì)管區(qū)未被傳熱柱53分隔開。
圖33是圖32所示區(qū)域210的放大圖。圖33給出了在無(wú)毛細(xì)管區(qū)202之間構(gòu)成的蒸發(fā)器區(qū)51。再次看出，此圖是沿一條不包括傳熱柱53的線截取的。
圖34給出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)散熱器220。散熱器220包括由毛細(xì)管流體通道50所環(huán)繞的無(wú)毛細(xì)管區(qū)32。該毛細(xì)管流體通道50包括擴(kuò)展表面元件222。毛細(xì)管流體通道50聯(lián)接至終止于蒸發(fā)器平臺(tái)224的毛細(xì)管流體通道橋223。蒸發(fā)器平臺(tái)224有一組無(wú)毛細(xì)管區(qū)226。在此實(shí)施例中，各個(gè)無(wú)毛細(xì)管區(qū)226呈三角形。圖34給出了所公開的本發(fā)明可以結(jié)合采用，為特定應(yīng)用場(chǎng)合構(gòu)成最佳裝置的不同實(shí)施情況，圖35是本發(fā)明另一實(shí)施例的平面圖。圖35所示裝置240總體上與圖17所示裝置相似。但是，在圖35中，發(fā)熱區(qū)242中的毛細(xì)管流體通道50的邊緣244是處理后的表面。此處所用的處理后的表面是其特性經(jīng)過(guò)改良的表面。例如，包括促進(jìn)沸騰的成核區(qū)，包括強(qiáng)化流體潤(rùn)濕性的涂層，包括表面純化涂層(使?jié)櫇癖砻鏁r(shí)來(lái)自流體的氧化和化學(xué)作用純化)，或包括強(qiáng)化毛細(xì)管流動(dòng)的微細(xì)表面裂紋。微細(xì)表面裂紋使毛細(xì)管流體通道和無(wú)毛細(xì)管區(qū)(絕熱區(qū)和冷凝區(qū))之間的不連續(xù)邊界變小。在靠近蒸發(fā)器區(qū)的絕熱表面上的微細(xì)裂紋將使流體借助前述毛細(xì)管物理現(xiàn)象自流體毛細(xì)管通道轉(zhuǎn)移到該微細(xì)裂紋。這些流體將蒸發(fā)，從而擴(kuò)大了蒸發(fā)(冷卻)區(qū)。在靠近冷凝區(qū)的絕熱表面上的微細(xì)裂紋有助于冷凝流體返回到毛細(xì)管流體通道。這使得絕熱表面上的流體層較薄，減少了通過(guò)該流體層的熱阻力。
成核表面一般是一粗化表面。該表面可通過(guò)噴丸、激光蝕刻或其它能在其上留下粗糙表面或帶小凹坑表面的技術(shù)形成。
圖36給出了沿全部毛細(xì)管流體通道表面50帶有處理后表面的裝置250。圖37的裝置260給出了可用處理后的表面262制成的無(wú)毛細(xì)管區(qū)32和整個(gè)流體毛細(xì)管通道50。
圖38是本發(fā)明另一實(shí)施例的透視圖。圖38所示裝置270有支腳272，所以散熱器270的剩余部分不與靠近發(fā)熱表面的任何物體接觸。例如，半導(dǎo)體外殼274包括一組安裝在板上的電容器276。這樣，支腳272用于脫離開該板上電容器276。支腳272最好在裝置270的剩余部分上整體構(gòu)成。該支腳272可以是實(shí)心金屬。
圖39是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。在此實(shí)施例中，散熱器280上穿有孔282?？?82使凸起的裝置，例如半導(dǎo)體外殼274的板上電容器276延伸穿過(guò)散熱器280。
圖40是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例構(gòu)成的散熱器290的透視圖。散熱器290位于包括板上電容器294的半導(dǎo)體元件外殼292之上。散熱器290自半導(dǎo)體元件外殼292的表面延伸進(jìn)入冷卻區(qū)。例如，如果半導(dǎo)體外殼292位于膝上電腦內(nèi)，然而散熱器290可延伸超出半導(dǎo)體元件外殼292，處于膝上電腦的鍵盤之下。散熱器290的內(nèi)部包括如上所述的毛細(xì)管流體通道和無(wú)毛細(xì)管區(qū)。散熱器290還包括散熱翅片296。散熱翅片最好不是散熱器290的內(nèi)部的一部分；即，在其中沒有流體循環(huán)。請(qǐng)注意，散熱翅片同散熱器290構(gòu)成在同一平面上。這種結(jié)構(gòu)與先有技術(shù)的裝置不同，它們的散熱翅片是與熱傳播表面正交的。
圖42是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例構(gòu)成的散熱器300的透視圖。與前述實(shí)施例相同，散熱器300位于包括板上電容器294的半導(dǎo)體元件外殼292之上。散熱器300包括一終止于正交表面304的弧形或彎曲區(qū)域302。流體在裝置300的毛細(xì)管流體通道和無(wú)毛細(xì)管區(qū)內(nèi)循環(huán)。具體地講，流體自裝置300的水平區(qū)通過(guò)彎曲區(qū)302，并通過(guò)正交表面304連續(xù)循環(huán)。裝置300還包括散熱翅片306。所選擇的散熱翅片306包括孔308，它可用來(lái)將風(fēng)扇(未示出)聯(lián)接到正交表面304。
可以看出，在本發(fā)明的各實(shí)施例中，平面毛細(xì)管流體通道是連續(xù)的表面。即，認(rèn)為它是連續(xù)的是指流體可以流過(guò)整個(gè)表面。換言之，流體可以從表面的任何區(qū)域移動(dòng)到表面的任何其它區(qū)域。
本發(fā)明另一個(gè)值得注意的方面是大多數(shù)實(shí)施例構(gòu)成一大致方形的設(shè)備。此處所用的大體方形一詞指的是長(zhǎng)寬比約為20∶1，更好的是約2∶1，最好為約1∶1。大多數(shù)先有技術(shù)的熱管和熱虹吸管的結(jié)構(gòu)是管狀的。
本發(fā)明的獨(dú)特之處在于毛細(xì)管流體運(yùn)動(dòng)是由兩個(gè)相鄰水平平面構(gòu)成的平面毛細(xì)管所建立的。在先有技術(shù)的熱管中，毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)一般是通過(guò)在表面上形成的槽建立的。換言之，在水平表面上形成有垂直壁以建立毛細(xì)管流體運(yùn)動(dòng)。在本發(fā)明中不采用垂直壁來(lái)建立毛細(xì)管流體運(yùn)動(dòng)。代替它的是，毛細(xì)管流體運(yùn)動(dòng)由平面毛細(xì)管通道的頂(天花板)和底(地板)表面建立的。
下表比較了圖17所示本發(fā)明實(shí)施例所用多種固體材料的散熱能力。
表1材料性能 重量熱導(dǎo)率熱阻 參數(shù)(克)(W/m/K) (℃/W)銅/鎢(13/87)合金 81.0 210 0.8821.0鉬(99.9％)50.5 146 1.2680.70鋁606113.4 180 1.0280.86金(99.9％)95.2 317 0.5841.51銅(OFHC) 44.1 391 0.4731.86銀(99.9％)51.8 429 0.4322.04鉆石(I.a.)17.4 1850 0.1008.82本發(fā)明39.8 4512 0.04121.51性能參數(shù)以銅/鎢合金為標(biāo)準(zhǔn)。所有散熱器的尺寸均為71.0mm×71.0mm×1.0mm。所有散熱器均有一個(gè)19.0mm×19.0mm的方形熱源集中于其一側(cè)，并繞另一側(cè)的周邊有翅片散熱器。本發(fā)明的實(shí)施采用鉬，并包括深1.0mm的無(wú)毛細(xì)管區(qū)和深0.125mm的毛細(xì)管通道。裝置內(nèi)充注0.329cc的水。一般而言，本發(fā)明設(shè)備的充注應(yīng)達(dá)到約20％的過(guò)充滿狀態(tài)。即，當(dāng)充注流體毛細(xì)管通道時(shí)與流體毛細(xì)管通道不相符合的流體應(yīng)為裝置內(nèi)流體總量的約20％。一般而言，實(shí)施本發(fā)明是每平方厘米裝置的表面積用0.007cc流體。
本發(fā)明設(shè)備突出的熱傳導(dǎo)特性使本發(fā)明可以用多種材料實(shí)現(xiàn)。換言之，由于熱傳導(dǎo)性能的百分比大是由熱的蒸發(fā)引起的，所以從熱傳導(dǎo)的觀點(diǎn)看，用來(lái)實(shí)施本發(fā)明的具體材料不是關(guān)鍵。而代之以的是，材料可以根據(jù)成本、熱膨脹系數(shù)或其它參數(shù)進(jìn)行選擇。本發(fā)明的一種低成本實(shí)施例是塑料的，前提是提供真空密封。
在穩(wěn)定態(tài)操作過(guò)程中，平面毛細(xì)管流體通道內(nèi)流體的運(yùn)動(dòng)非?？?。流體的運(yùn)動(dòng)速度一般在25-200mm/s之間。此速度明顯快于任何使用虹吸器具的裝置。本發(fā)明的這個(gè)特點(diǎn)部分是由于其突出的熱分布性能。
以上提供的對(duì)本發(fā)明特點(diǎn)實(shí)施例的說(shuō)明，其目的在于圖示和說(shuō)明。并未打算使其完美無(wú)缺或?qū)⒈景l(fā)明精確限制在所公開的形式中。很明顯，根據(jù)以上說(shuō)明，進(jìn)行多種改進(jìn)和變化是可能的。所選擇和說(shuō)明的實(shí)施例是為了最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際應(yīng)用，從而使本技術(shù)領(lǐng)域的其它專業(yè)人士最好地利用本發(fā)明和利用為適合于具體應(yīng)用場(chǎng)合而做了各種改進(jìn)的多種實(shí)施例。本發(fā)明的范圍旨在由下述權(quán)利要求及其等效條款所限定。
權(quán)利要求
1.一種散熱設(shè)備，其包括一第一平面主體，用于連接到在上述第一平面主體上造成一個(gè)熱區(qū)和一個(gè)冷區(qū)的發(fā)熱表面上；一個(gè)與上述第一平面主體相連的第二平面主體，在上述第一平面主體和上述第二平面主體之間構(gòu)成一個(gè)空隙，上述空隙包括一平面毛細(xì)管通道和一無(wú)毛細(xì)管區(qū)；以及一種處于上述空隙中的流體，用于借助上述流體在上述熱區(qū)的上述平面毛細(xì)管通道內(nèi)蒸發(fā)、在上述冷區(qū)的上述無(wú)毛細(xì)管區(qū)內(nèi)冷凝，自上述無(wú)毛細(xì)管區(qū)通過(guò)毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)到上述熱區(qū)的上述平面毛細(xì)管通道，并通過(guò)毛細(xì)管運(yùn)動(dòng)到達(dá)上述熱區(qū)來(lái)分布熱量。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述平面毛細(xì)管通道包括一底部的平面毛細(xì)管表面和一與其對(duì)應(yīng)的頂部的平面毛細(xì)管表面，上述底部平面毛細(xì)管表面相對(duì)于上述頂部平面毛細(xì)管表面是在垂直方向上定位，以產(chǎn)生上述毛細(xì)管。
3.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，上述底部平面毛細(xì)管表面和上述頂部平面毛細(xì)管表面的垂直距離小于0.5mm。
4.如權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，上述底部平面毛細(xì)管表面是一個(gè)連續(xù)表面，而上述頂平面表面是一個(gè)與其對(duì)正的連續(xù)表面。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述第一平面主體和上述第二平面主體各自呈大致方形的結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括一個(gè)聯(lián)接到上述第二平面主體的排熱設(shè)備，上述排熱設(shè)備從包括翅片散熱器和風(fēng)扇在內(nèi)的一組設(shè)備中選擇。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述第一平面主體和上述第二平面主體的合并垂直高度小于10mm。
8.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述第一平面主體構(gòu)成上述空隙的底面，而上述第二平面主體構(gòu)成上述空隙的頂面，在上述無(wú)毛細(xì)管區(qū)上述頂面和上述底面之間的垂直距離小于9.0mm。
9.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述空隙中的流體量是每平方厘米的上述設(shè)備的表面約0.010立方厘米。
10.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述無(wú)毛細(xì)管區(qū)的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)中心區(qū)，帶有自其呈徑向結(jié)構(gòu)延伸的構(gòu)件。
11.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述無(wú)毛細(xì)管區(qū)包括多個(gè)無(wú)毛細(xì)管區(qū)，各自呈預(yù)定的形狀，并為上述平面毛細(xì)管通道所圍繞。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，上述多個(gè)無(wú)毛細(xì)管區(qū)具有不同的大小。
13.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，上述預(yù)定形狀為方形。
14.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，上述預(yù)定形狀為圓形。
15.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中，上述預(yù)定形狀為三角形。
16.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述平面毛細(xì)管通道包括一周邊表面、一流體通道橋和一個(gè)蒸發(fā)平臺(tái)。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，上述蒸發(fā)平臺(tái)包括多個(gè)各自呈預(yù)定形狀的無(wú)毛細(xì)管區(qū)。
18.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述平面毛細(xì)管通道包括擴(kuò)展表面元件。
19.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述空隙的上述表面包括成核區(qū)。
20.如權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，上述成核區(qū)只位于上述平面毛細(xì)管通道的周邊。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，上述成核區(qū)只位于上述平面毛細(xì)管通道的周邊，其位置與上述發(fā)熱表面相對(duì)應(yīng)。
22.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述第一平面主體包括一個(gè)支腳，將上述第一平面主體的一部分垂直升高到上述發(fā)熱表面上方。
23.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，上述第一平面主體和第二平面主體包括容納上述發(fā)熱表面上的表面凸起的孔。
24.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其還包括在由上述第一平面主體和上述第二平面主體所確定的平面上構(gòu)成的散熱翅片。
25.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，上述第一平面主體和上述第二平面主體包括一彎曲區(qū)域。
26.如權(quán)利要求25的設(shè)備，其中，上述彎曲區(qū)域使上述第一平面主體和上述第二平面主體存在于水平平面和垂直平面兩者之內(nèi)。
全文摘要
一種散熱設(shè)備(20),其包括一個(gè)用于聯(lián)接到一發(fā)熱表面的第一平面主體(22)和一個(gè)與第一平面主體(22)相連接的第二平面主體(21),在其間有空隙構(gòu)成。該空隙含有蒸發(fā)流體并包括一平面毛細(xì)管通道(50)和一無(wú)毛細(xì)管通道(32)。
文檔編號(hào)H01L23/427GK1244914SQ97181438
公開日2000年2月16日 申請(qǐng)日期1997年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月18日
發(fā)明者D·L·托馬斯 申請(qǐng)人:新穎概念有限公司