[发明专利]多级蒸发微通道热管传热散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及散热装置，具体涉及一种微通道与热管相结合，并采用多级蒸发对多个热源散热的装置。

背景技术

从二十世纪七十年代开始，各国开始研究和发展多芯片组件技术，到二十一世纪进入全面应用。当前电子设备的封装的主要技术为MCM(multi-chip module)，采用MCM技术封装的电子元件密度也逐渐增多。同时近些年来的电子元器件和芯片的功率不断增大，芯片在工作时都会产生热量，热流密度不断提高。如果芯片产生的热量不能及时散发出去，会使元件结温不断升高，影响系统的正常工作和可靠性，甚至会使系统失效，缩短系统的寿命。根据阿伦尼斯定律，温度每升高10℃，化学反应的速率也会增加一倍，失效速率也同样增加一倍。因此对多芯片组件的热管理技术逐渐成为了国内外研究人员的研究课题。

迄今为止，在众多的传热元件中，热管是最有效的传热元件之一，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。平板热管属于热管的一种，其结构如图1a和图1b所示。通常由金属材料构成，利用两个平板201、202形成管道20，并在两平板201、202的内壁上形成等厚度的毛细结构203，并填充工作介质，它的工作原理与传统的热管相同，但其形状非常有利于对点热源及多个热源进行扩散。热管除了直线型外，还可以弯曲，以便将热量传递到需要的方向。平板热管由于具有比传统的热管更大的热传导面积，且结构轻而薄，能紧密的跟其他散热元件结合在一起，有利于缩小封装空间，而被大量应用在大型散热面的电子产品上。平板热管与传统热管相比能有效解决散热和减小温度梯度，平板热管通过降低热阻而达到高热导率，保证热量快速及时传递；用热管基板代替金属基板能大大强化基板的热扩散，热板的等温性也有益于降低热阻，为与电子元件一体化封装提供了条件，为此平板热管正成为国内外研究人员研究的一个热点领域。作为与热管配合使用的另一种传热元件微通道热沉(简称为热沉，通常由金属材料如铜或铝构成)，其结构如图2所示，热沉1由底座11、盖板12组成。底座11内部分布有阵列的微通道111和连接微通道111的分液腔112，底座11上还设置有热管安装孔113和注液口114。热沉安装在热源上用于吸热时，就构成于蒸发器，当其连接到热管的另一端用于散热时，就构成冷凝器或散热器。

热管与热沉结合构成的工质循环系统结构如图3所示，包括蒸发器1(或称为蒸发端)、冷凝器3(或称为冷凝端)和热管2。其中，蒸发器1和冷凝器3均为微通道结构，如图2所示，热管2的结构如图1a和图1b所示。工质循环系统内部抽成真空并填充液体工质，液体工质在蒸发端吸热蒸发，蒸汽在冷凝端散热冷凝成液体，并在热管毛细结构作用下流回蒸发器，利用工质相变循环将热量由蒸发端传递到冷凝端，所以图3所示工质循环系统也称为热传递装置。

目前利用热沉和平板热管对高功率发热电子元件散热时，主要在冷凝端加装翅片，如图2中在盖板12上安装翼片，然后采用自然对流或强制风冷的方式散热，如笔记本CPU的散热结构。近年来，平板热管已用于LED等热源散热的行业，但针对不同功率的多个热源散热时，各个热源之间的蒸发端采用串联的方式连接在一起，通常由一个热沉吸收多个热源的热量，各个热源之间可能存在热耦合作用，单位体积的功率损耗很大，而各个发热电子元件的工作温度可能不同，难以均温化，将出现局部和整体的热失效和热退化，同时平板热管吸收高功率电子元件散发的热量后，下板上的毛细结构内的工作介质蒸发以带走热量，此时若毛细结构太厚，其内工作介质蒸发的反应时间长，传热效率不高；若毛细结构太薄，毛细结构容易发生干燥甚至烧损，从而影响热管的工作性能。若蒸汽或通过毛细作用回流的液体传输距离过远时，阻力急剧增大，可能导致蒸发端出现干燥的迹象，降低传热效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，提供一种多级蒸发微通道热管传热散热装置，采用多级蒸发和热源隔离技术，提高热传递效率。

本发明解决所述技术问题，采用的技术方案是，多级蒸发微通道热管传热散热装置，包括由吸热端和散热端构成的两个独立工质循环系统，所述吸热端包括至少一个热沉，每个热沉通过热管与冷凝器连接，所述冷凝器根据连接的热沉数量分成相应的几个部分，每一部分及其连接的热管和热沉构成一个封闭独立的工质循环空间；所述散热端包括蒸发器和散热器，所述蒸发器与冷凝器连接吸收其热量，并通过热管传递热量到散热器，所述蒸发器和冷凝器结构相同，所述冷凝器、蒸发器和散热器具有微通道结构。