[发明专利]双面槽道板式脉动热管

说明书

技术领域

本发明公开了一种双面槽道板式脉动热管。属于热交换设备技术领域。

背景技术

电子微电子领域芯片、机电领域晶闸管、可控硅整流器、半导体发光二极体(LED)、大规模集成电路(LSLchip)等电子元器件，在生产、生活中使用极为广泛。这些芯片及元器件工作时产生大量热，必需及时散热才能保证设备安全稳定运行。研究表明，电子元器件工作温度一般为-5～+70℃，超过这个范围，单个半导体元件温度每升高10℃，系统可靠性下降50％，超过55％的电子设备失效是由于温度过高引起的。可见，芯片及电子元器件的散热非常重要。

目前对于此类芯片及元器件的散热，一般采用如下两种形式的散热器，即铝挤压散热器与传统热管散热器。

铝挤压散热器散热原理是，利用铝挤压散热器金属底座与发热元件接触，通过导热方式把元器件热量传至散热器表面，再利用风扇对散热器进行强制对流换热，使热量传至周围大气，实现元器件的散热。此种方式的传热本质是导热加对流换热，属于较低效率的传热方式。

传统热管散热器工作原理是，工质在热端吸热相变为蒸汽，蒸汽流向冷端放热冷凝成液体，然后借助重力或吸液芯毛细作用力回到热端吸热，进而循环往复传递热量。由于利用了相变传热，其散热能力较铝挤压散热器有较大提高，属于电子元器件散热的更高一级的形式。

随着科技的进步，实践表明铝挤压散热器其散热能力已发挥到极限，未来将难以满足元器件散热的需要。传统热管散热器虽然其散热效果较铝挤压散热器更强，其散热能力同样面临严峻考验。例如笔记本电脑大量使用了传统热管散热器，但由于电脑的极速发展，笔记本电脑就常因发热而影响其稳定工作，发热过甚致使电脑死机、故障、甚至损坏的事情时有发生。

特别是电子微电子领域，集成电路正向着高密度大功率方向飞速发展，芯片单位面积的热流密度迅速递增，目前已达到MW/m²或以上的数量级，发热已严重制约了芯片主频的进一步提高，成为电子微电子技术领域发展的一大瓶颈，寻求一种新技术来解决高热流密度散热问题，成为了当务之急。

脉动热管(pulsating heat pipe，PHP)是Akachi在20世纪90年代初提出的一种新型、高效、可用于微小空间、高热流密度条件下的传热元件，它具有体积小、结构简单、传热性能较好的优点，非常适合芯片及电子元器件散热，具有广阔的应用前景。

脉动热管的工作机理与传统热管具有很大的不同，不同于传统热管工质热端吸热蒸发→蒸汽流向冷端放热冷凝→液体又冷端回流到热端的循环传热形式，脉动热管传热循环过程为工质热端吸热蒸发→工质在流向冷端时发生汽液塞随机产生消失的流动与放热现象(脉动冲击震荡行为)→工质利用自身毛细作用回流热端重新循环。由于脉动热管出现了汽液塞随机产生消失的流动放热过程，致使传热过程热边界层破坏，热阻大为减小，极大强化了热管热量传输能力。另外脉动热管具有自身毛细回流作用，故它在倾角为零的水平状态下仍有很好的传热能力，不像传统热管需借助吸液芯才能完成传热，从而简化了制造工艺、增强了使用灵活性，降低了生产成本。

中国专利200810119311提出的电子器件冷却平板热管，其工作原理为非脉动传热。热管框架与支撑件采用整体钎焊，通道之间没有微缝，产生不了通道间的横向冲刷以强化传热，并且因为整体钎焊增加整个金属厚度增加热阻。中国专利200520011723提出的板状热管，其工作原理为非脉动传热。另外热管通道为方形，无尖锐锐角，通道毛细作用较弱。中国专利201010170205提出一种烧结式平板热管，其通道通过填充金属粉末烧结形成。此种方法会增加整个壳体的厚度，增加热阻，且粉末难于填充密实均匀，也产生不了通道缝隙，通道横向冲刷不存在，不能产生横向冲刷的强化传热作用。中国专利200920246791提出的平板热管，其通道为园型、无微缝。圆形则自身毛细作用弱，如欲增加毛细作用需在圆形通道内加工微槽，工艺复杂。无微缝则通道间无横向冲刷，不能产生横向冲刷的强化传热作用。

从上述公开报道的技术文件来看，受热管工作机理的限制，或受热管结构限制，热管的传热性能尚未达到更佳，热交换效率将难以满足日益苛刻的实际工况的需要。