[发明专利]电子器件散热器

说明书

所属技术领域

本发明涉及电子器件的散热技术领域，尤其是采用热管原理、主要由吸热块、空气换热器和风扇组成的、用于冷却半导体集成电路器件的散热器。

背景技术

随着半导体集成电路晶体管数量的增加，器件的发热量也随着增加。当前计算机芯片CPU发热和散热问题已经成了计算机发展过程中的障碍，单纯的翅片加风扇结构的散热器已经满足不了要求，目前普遍采用热管式散热器。

目前用于CPU散热器中的热管的基本结构是：两端封死，内有毛细管结构的铜制管。由于台式计算机中CPU全是垂直放置，热管式散热器中的热管放置，一是水平，二是U形，热管中的工质完全靠管内的毛细管结构，如多孔结构、丝网结构、沟槽结构，产生的虹吸原理，使凝成液态的工质回流到蒸发段，实现工质在热管内循环流动，将热量从蒸发段输送到冷凝段，再经冷凝段上的扩展换热肋片(简称肋片)由风扇驱动空气带走散出。如果冷凝的工质不能回流到蒸发段(倒U型放置的热管就有这样的问题)，或回流量减小，则散热器完全不能工作，或散热量减小。由于虹吸力量非常有限，因而这种热管传输的热量不高，和依靠重力回流式(热虹吸原理)相比，热量传输相差非常大。

现一般都采用铜管内烧结成的多孔结构实现虹吸，由于工艺要求，热管必须完成抽真空、灌入工质、封焊成品后才能进行后续工序，因而设置扩展换热肋片的套片工艺，不能采用现有的高效胀管工艺来保证肋片与热管有效接触，即解决接触热阻问题。采用锡焊，生产效率不高，焊接时的高温可能导致热管爆炸的危险。一片一片地紧配合套入，问题有：对热管外径精度要求高，接触不可靠，生产效率太低。为保证热管内的毛细管结构不被破坏，热管的最小弯曲半径受限制，一般要3倍的热管直径，因而散热器的尺寸不易实现紧凑化设计(尺寸小、重量轻在CPU散热器中非常重要)。另外，现热管本身的生产工艺非常复杂，要求非常高，无氧铜管多次在还原性气体(氢气)高温(上千度)烧结，有烧结成品率的问题，因而热管本身成本价格非常高。

发明内容

本发明提供一种散热器，采用热虹吸原理、环流式结构，提高了热管输送热量的能力，可采用高效、低价的胀管工艺套片，或安全简易的焊接工艺，大大提高生产效率，并显著地降低成本造价，提高散热效率。引入强化传热结构，优化结构设计，使散热器尺寸更紧凑。

本发明所采用的技术方案是：散热器主要部件有：吸热块、空气换热器和风扇。空气换热器中有多根冷凝管，冷凝管上设置有肋片；吸热块有与发热器件散热面紧贴的面，称之为吸热面，其背面即为吸热块的背面，这和现CPU热管式散热器类似。本发明的特征在于：吸热块中有蒸发水道，蒸发水道之间有相互贯通的通孔；冷凝管的一端通过蒸汽管在吸热块一端，或靠近一端，与蒸发水道相连通；冷凝管的另一端从吸热块背面，蒸发水道径向方向与蒸发水道相连通，形成环形结构；冷凝管与水冷块之间的夹角在5°～85°之间。

其工作过程是：当发热器件的散热面为垂直放置，散热器的吸热块紧贴在器件的散热面上，则吸热块为垂直放置，安装要求蒸汽管在上，冷凝管在下。在蒸发水道内的液态工质受热蒸发成汽态，向上流动，通过蒸汽管流进冷凝管，汽态工质在冷凝管内冷凝成液态。由于冷凝管与吸热块的夹角不大于85°，因而冷凝管向吸热块方向下倾有5°以上，因而冷凝成液态的工质和汽态工质的流动方向一致，沿管壁流向冷凝管的另一端，回到吸热块中的蒸发水道内，工质这样环形走了一个循环。冷凝管上的热量是通过肋片，由被风扇驱动的空气流经肋片而带走散出的。

如果发热器件的散热面水平向上，散热器水平地设置在上面，则蒸发水道在下，冷凝管在上。蒸发水道产生的汽态工质从冷凝管的两端进入冷凝管，一端是通过蒸汽管。在冷凝管内冷凝成液态的工质，由于重力作用，顺着冷凝管回流到蒸发水道内，实现循环。

以上说明，冷凝成液态的工质，靠重力回流实现工质循环，是热虹吸工作原理，靠重力回流与毛细管虹吸结构相比，液态工质回流速度高，因而热管内热量传输量高。在冷凝管内壁而设置有毛细管结构，冷凝管内壁形成厚厚的液膜，凝结时蒸汽放出的潜热必须通过液膜至壁面，即毛细管结构层的存在，不利于凝结传热。在冷凝管外的肋化(即设置肋片)程度高时，凝结传热的热阻将高于外部空气对流热阻，这都不利于提高散热器的散热量和实现散热器的小巧、紧凑化设计。本发明由于靠重力回流，冷凝管内壁不需设置毛细管结构，有效的减少液膜传热过程，并且还可以采用强化凝结传热结构，如采用螺旋内肋管，提高凝结传热，有效的提高散热量，减小散热器尺寸，冷凝管的成本也降低。