[发明专利]一种均热板及其制造、使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及散热领域，具体涉及一种均热板及其制造、使用方法。

背景技术

热管是1963 年美国LosAlamos 国家实验室的G.M.Grover 发明的一种传热元件，它充分利用了热传导原理与工质的相变热传递性质，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。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，开辟了散热行业新天地。现在常见于cpu、gpu的散热器上。文献1（中华人民共和国国家标准GB/T 14811—2008，热管术语，第1页）指出：“热管是以毛细结构的抽吸作用来驱动工质循环流动的蒸发、冷凝传热装置。”热管利用工质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程（即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热），使热量快速传导。一般热管由管壳、管芯和工质组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速汽化，蒸气在热扩散的动力下流向另外一端，并在冷端冷凝释放出热量，液体再沿多孔材料靠毛细作用流回蒸发端，如此循环不止。

均热板（Vapor Chamber）是一种由壳板、吸液芯、工质和充液管组成的能进行气液相变传热的板状传热装置。文献2（中国，CN 102378547 B，2015.07.15）指出：“均热板与热管的原理与理论架构是相同的，但是热传递的方式不相同，在热管内部，蒸汽的流动方式是近似一维的，因此热管热量传递的方式是线性传递；而在均热板内部，蒸汽的流动方式是近似二维的，因此均热板的加热面的热量传递方式是平面传递方式，比热管更快，更有效率。”然而，即使均热板热量传递方式是平面传递方式，比热管更快，更有效率，但是只能通过一个平面向外部传递热量，且散热面和冷凝面的面积较小。此外，热管和均热板都存在热阻和传热极限，这一切都与管芯（吸液芯）密切相关。均热板主要性能参数还包括冷凝表面的均温性（温度分布的均匀性）、蒸发表面的均温性。

文献3（《热管技术及其工程应用》化学工业出版社，庄骏等，第31—66页）阐述了热管的传热极限。

文献4（硅基微结构之毛细导流与沸腾极限可视化研究，第十届全国热管会议论文集，陈绍文等，第2页，1.2文献探讨）指出：“在一般操作情况下，通常以沸腾极限与毛细极限的影响特别明显。”

文献5（微型热管传热极限的研究，肖宏志等，低温与超导第38卷第5期，第76—78页）得出了毛细极限是实验热管主要传热极限的结论。

文献6（热管的传热极限与热管尺寸的优化设计，和小凤等，河南科学，第15卷第4期，第423—428页）阐述了热管的传热极限与热管尺寸的关系。

文献7（微沟槽热管传热性能实验研究，谢添锦等，机械设计与制造，第6期，第106—108页）阐述了热管的充液率、真空度、长度对热管传热性能的影响。

文献8（热管吸液芯的研究进展，郑丽等，低温与超导第39卷第四期，制冷技术，第43—47页）阐述了现有热管吸液芯的特点。

文献9（铜质均热板制造工艺及其传热性能分析，周文杰，华南理工大学硕士学位论文（公开于中国知网））全面地阐述了现有均热板的原理、制造工艺、并对各种均热板在不同条件下做出了相关研究。

分析文献9可知，现有均热板的壳体分为上下壳板，分别与上下壳板吸液芯烧结后，使用夹具预紧、再次烧结，制造及配合的精度并不高，因此非常可能出现三种现象：第一即上下壳板吸液芯接触不够充分（甚至没有接触）而导致毛细通道减少，吸液芯不能将足量的液态工质输送回蒸发区（文献9中的泡沫铜结构均热板，按上下吸液芯厚度同为0.6mm，壳板厚度1mm，下壳板高度4mm计算，上下吸液芯并未联通）；第二即上下壳板吸液芯接触过于紧密而导致接触部分（面）的毛细结构损坏，导致同样问题；第三即部分液芯接触过于紧密而部分吸液芯接触不紧密或没有接触。此三种情况都不利于工质回流。而纯铜柱的冷凝回流功能会受限于重力方向，如果热源在上而均热板在下（长期以来计算机主机中显卡与散热器相对位置大多如此），纯铜柱将丧失回流功能，且纯铜柱比吸液芯热阻大，会对均温性产生不利影响，而为了设置纯铜柱又需要在吸液芯中留出位置，这会减少均热板内部的实际蒸发面积和冷凝面积和工质储存量。