專利名稱：用于半導(dǎo)體制冷的散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及散熱技術(shù)，尤其涉及一種用于半導(dǎo)體制冷的散熱器。
背景技術(shù)：
目前用于半導(dǎo)體制冷的散熱器大致分為兩類一類為翅片型散熱器加風(fēng)扇強(qiáng)制方式換熱；另一類利用工質(zhì)相變傳熱的熱管散熱方式。第一類因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制冷的熱端散熱。第二類散熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高但由于采用相變傳熱，傳熱熱阻遠(yuǎn)低于第一類散熱器，散熱量高于翅片型散熱器，無(wú)需風(fēng)扇即可實(shí)現(xiàn)熱量與空氣的無(wú)聲、自然對(duì)流換熱，無(wú)機(jī)械噪聲，故障率低，在半導(dǎo)體制冷的高端產(chǎn)品中應(yīng)用較多。此類自然對(duì)流散熱用熱管散熱器，采用熱源吸熱體和網(wǎng)式管絲結(jié)合換熱方式，吸熱體中含有中空的蒸發(fā)腔，工作時(shí)吸熱體吸收熱源的熱量，使蒸發(fā)腔中的液態(tài)工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，通過(guò)吸熱體中與蒸發(fā)腔內(nèi)部相通的蒸發(fā)出口，沿著蒸發(fā)管路進(jìn)行熱量傳遞，在冷凝管路部分通過(guò)焊接在管路上的絲網(wǎng)與空氣對(duì)流換熱，管內(nèi)氣態(tài)工質(zhì)換熱冷凝成液態(tài)，利用自身重力沿冷凝·管管壁、回流管、回流口重新回到吸熱體中的蒸發(fā)腔，完成一次循環(huán)，不停重復(fù)此循環(huán)過(guò)程，將傳導(dǎo)給吸熱體上的熱量交換、散發(fā)掉，實(shí)現(xiàn)散熱功能。目前用于半導(dǎo)體制冷的散熱器吸熱體以安裝平面100(左安裝側(cè)支撐臂101和右安裝側(cè)支撐臂102的側(cè)面)為基準(zhǔn)，基本采用單面凸起結(jié)構(gòu)(如圖I所示)，為防止熱短路，貼合半導(dǎo)體芯片部分的凸起部分200截面與半導(dǎo)體芯片大小近乎相等，兼顧安裝結(jié)構(gòu)及可靠性，吸熱體的徑向a尺寸通常在2cm 4cm,通過(guò)與吸熱體中蒸發(fā)腔110連通的蒸發(fā)管120、冷凝管130、回流管140及焊接在冷凝管路上的絲網(wǎng)150完成熱量的傳導(dǎo)與交換。由于吸熱體采用單面凸起結(jié)構(gòu)及前述的安裝、可靠性等綜合因素，吸熱體在橫向b、徑向a方向均受到限制，同時(shí)吸熱體需保證其一定的壁厚來(lái)承受蒸發(fā)腔內(nèi)液態(tài)工質(zhì)在最高溫度蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生的壓力，從而導(dǎo)致吸熱體中實(shí)際的蒸發(fā)腔110容積非常有限，考慮熱管傳熱性能，蒸發(fā)腔中的儲(chǔ)液量有限，一方面在實(shí)際熱管制作中對(duì)灌注到熱管的液態(tài)工質(zhì)量的灌注精度提出了更高要求。另一方面，當(dāng)散熱器吸熱體蒸發(fā)腔中液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)量大于冷凝回流量，對(duì)于散熱器面積較大，蒸發(fā)、冷凝管路較長(zhǎng)，大量冷凝的液態(tài)工質(zhì)存留在冷凝管內(nèi)壁面時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)蒸發(fā)腔內(nèi)無(wú)液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)的狀況，即“干涸”現(xiàn)象，導(dǎo)致吸熱體吸熱熱量減小，熱阻增加，散熱不穩(wěn)定。名稱為半導(dǎo)體電子冰箱的熱管改進(jìn)結(jié)構(gòu)、授權(quán)公告號(hào)為CN201255534Y的實(shí)用新型專利，為了補(bǔ)充蒸發(fā)腔內(nèi)的液體工質(zhì)，在回流口 170處連接一近似U形的存液彎管，存液彎管的最底端水平高度低于回流口的水平高度，利用存液彎管管腔儲(chǔ)存液態(tài)工質(zhì)，做為蒸發(fā)腔中工質(zhì)的緩沖，設(shè)計(jì)回流管低于吸熱體最低點(diǎn)，此方案從一定程度上緩解了蒸發(fā)腔的“干涸”，但由于存液彎管低于吸熱體1，同樣散熱面積條件下，使散熱器的有效散熱面積所占比例減小。此外，因吸熱體采用單面凸起結(jié)構(gòu)，以及實(shí)際使用熱管散熱器的安裝結(jié)構(gòu)限制，蒸發(fā)出口 160只能設(shè)置在凸起部分200的背面，同樣導(dǎo)致熱管工作時(shí)，工質(zhì)蒸發(fā)阻力增加。如何確保大功率絲網(wǎng)式熱管散熱器在不同環(huán)境溫度(不同環(huán)溫，熱管散熱器中液態(tài)工質(zhì)在管路內(nèi)壁的張力不同，回流到蒸發(fā)腔的速度與時(shí)間均不同)下較高的傳熱能力及穩(wěn)定的散熱性能，是目前亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)大功率絲網(wǎng)式熱管散熱器在不同環(huán)境溫度下較高的傳熱能力及穩(wěn)定的散熱性能，有效緩解蒸發(fā)腔的“干涸”現(xiàn)象。本發(fā)明提供的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，該散熱器包括吸熱體、蒸發(fā)管、冷凝管、絲網(wǎng)和回流管，吸熱體具有兩個(gè)安裝側(cè)支撐臂和一位于該兩個(gè)安裝側(cè)支撐臂之間的前凸起部，該前凸起部?jī)?nèi)設(shè)有中空的前蒸發(fā)腔，前凸起部具有一用于貼合半導(dǎo)體制冷芯片的安裝平面，所述安裝側(cè)支撐臂上均設(shè)有用于機(jī)械接合半導(dǎo)體芯片的安裝通孔，該吸熱體還具有一與所述前凸起部相對(duì)設(shè)置的后凸起部，所述后凸起部的后壁相對(duì)所述兩安裝側(cè)支撐臂向后凸伸，后凸起部?jī)?nèi)設(shè)有中空的后蒸發(fā)腔，該后蒸發(fā)腔與前蒸發(fā)腔內(nèi)部連通共同形成蒸發(fā)腔；所述后凸起部設(shè)有與蒸發(fā)管內(nèi)部連通用于蒸發(fā)腔中液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)的蒸發(fā)出口、與回流管內(nèi)部連通用于冷凝液態(tài)工質(zhì)回流至蒸發(fā)腔的回流口。 本發(fā)明提供的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，安裝時(shí)可使前凸起部的安裝平面貼合半導(dǎo)體芯片以吸收半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量，通過(guò)兩安裝側(cè)支撐臂上的通孔將吸熱體固定在半導(dǎo)體芯片上，后凸起部向外凸伸于半導(dǎo)體芯片的外部，不受半導(dǎo)體芯片安裝空間的限制，通過(guò)在后凸起部?jī)?nèi)設(shè)與前蒸發(fā)腔連通的后蒸發(fā)腔從而大大增加蒸發(fā)腔的容積，進(jìn)而增加蒸發(fā)腔內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的儲(chǔ)量，蒸發(fā)腔中的工質(zhì)受液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)量、冷凝回流量的波動(dòng)影響相對(duì)較小，對(duì)散熱面積較大、冷凝管路較長(zhǎng)的熱管散熱器解決了熱管散熱器工作時(shí)，因工質(zhì)量少造成的“干涸”現(xiàn)象；因蒸發(fā)腔容積增大，則內(nèi)表面容積增大。吸熱體吸收熱量后，通過(guò)蒸發(fā)腔內(nèi)壁完成熱量到液態(tài)工質(zhì)的傳遞，與工質(zhì)接觸面積增加，使得液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)量增大，傳熱量提高，提升了熱管散熱器的散熱性能；由于蒸發(fā)腔中存儲(chǔ)液態(tài)工質(zhì)總量增大，保證同樣散熱性能的條件下，對(duì)熱管制造過(guò)程中的液態(tài)工質(zhì)量灌注絕對(duì)誤差精度要求降低，使熱管散熱器制作的成品合格率提高，成本降低。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖I中吸熱體的橫截面示意圖；圖3為本發(fā)明提供的實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖I中吸熱體的立體圖；圖5為圖4吸熱體的橫截面示意圖；圖6為實(shí)施例一中吸熱體的具體結(jié)構(gòu)示意圖一；圖7為實(shí)施例一中吸熱體的具體結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖8為實(shí)施例一中吸熱體的具體結(jié)構(gòu)示意圖三；圖9為圖6的橫截面示意圖；圖10為圖7的橫截面示意圖；圖11為圖8的橫截面示意圖；圖12為本發(fā)明提供的實(shí)施例一中的蒸發(fā)管和冷凝管的結(jié)構(gòu)示意圖一；
圖13為本發(fā)明提供的實(shí)施例一中的蒸發(fā)管和冷凝管的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；圖14為本發(fā)明提供的實(shí)施例一中的蒸發(fā)管和冷凝管的結(jié)構(gòu)示意圖三。圖15為本發(fā)明提供的實(shí)施例二中的吸熱體的橫截面示意圖；圖16為本發(fā)明提供的實(shí)施例三中的吸熱體的立體圖一；圖17為本發(fā)明提供的實(shí)施例三中的吸熱體的立體圖二 ；圖18為本發(fā)明提供的實(shí)施例三中的吸熱體的立體圖三；圖19為本發(fā)明提供的實(shí)施例一種的吸熱體的分解示意圖。
具體實(shí)施例方式
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實(shí)施例一如圖3-5所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的半導(dǎo)體散熱器，該散熱器包括吸熱體I、蒸發(fā)管2、冷凝管3、絲網(wǎng)4和回流管5，吸熱體I具有左安裝側(cè)支撐臂11、右安裝側(cè)支撐臂12和一位于該左安裝側(cè)支撐臂11與右安裝側(cè)支撐臂12之間的前凸起部13，該前凸起部?jī)?nèi)設(shè)有中空的前蒸發(fā)腔131，前凸起部具有一用于貼合半導(dǎo)體制冷芯片的安裝平面132，左安裝側(cè)支撐臂11、右安裝側(cè)支撐臂12上均設(shè)有用于機(jī)械接合半導(dǎo)體芯片的安裝通孔10，該吸熱體I還具有一與前凸起部11相對(duì)設(shè)置的后凸起部14，后凸起部14的后壁141相對(duì)左安裝側(cè)支撐臂11和右安裝側(cè)支撐臂12向后凸伸，后凸起部14內(nèi)設(shè)有中空的后蒸發(fā)腔40，該后蒸發(fā)腔40與前蒸發(fā)腔30內(nèi)部連通共同形成蒸發(fā)腔20 (如圖9-11所示);后凸起部14上設(shè)有與蒸發(fā)管2內(nèi)部連通用于蒸發(fā)腔中液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)的蒸發(fā)出口 142、與回流管5內(nèi)部連通用于冷凝液態(tài)工質(zhì)回流至蒸發(fā)腔的回流口 143。本發(fā)明提供的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，安裝時(shí)可使前凸起部的安裝平面貼合半導(dǎo)體芯片以吸收半導(dǎo)體芯片產(chǎn)生的熱量，通過(guò)兩安裝側(cè)支撐臂上的通孔將吸熱體固定在半導(dǎo)體芯片上，后凸起部向外凸伸于半導(dǎo)體芯片的外部，不受半導(dǎo)體芯片安裝空間的限制，通過(guò)在后凸起部?jī)?nèi)設(shè)與前蒸發(fā)腔連通的后蒸發(fā)腔從而大大增加蒸發(fā)腔的容積，進(jìn)而增加蒸發(fā)腔內(nèi)液態(tài)工質(zhì)的儲(chǔ)量，蒸發(fā)腔中的工質(zhì)受液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)量、冷凝回流量的波動(dòng)影響相對(duì)較小，對(duì)散熱面積較大、冷凝管路較長(zhǎng)的熱管散熱器解決了熱管散熱器工作時(shí)，因工質(zhì)量少造成的“干涸”現(xiàn)象；因蒸發(fā)腔容積增大，則內(nèi)表面容積增大。吸熱體吸收熱量后，通過(guò)蒸發(fā)腔內(nèi)壁完成熱量到液態(tài)工質(zhì)的傳遞，與工質(zhì)接觸面積增加，使得液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)量增大，傳熱量提高，提升了熱管散熱器的散熱性能；由于蒸發(fā)腔中存儲(chǔ)液態(tài)工質(zhì)總量增大，保證同樣散熱性能的條件下，對(duì)熱管制造過(guò)程中的液態(tài)工質(zhì)量灌注絕對(duì)誤差精度要求降低，使熱管散熱器制作的成品合格率提高，成本降低。因?yàn)檎舭l(fā)腔內(nèi)容積增大，克服了“干涸”現(xiàn)象，則回流管的最低點(diǎn)可設(shè)置高于吸熱體的最低位置，這樣設(shè)計(jì)，一方面熱管散熱器的有效散熱面積增大；另一方面利用重力，冷凝的液態(tài)工質(zhì)回流到蒸發(fā)腔更加順暢，確保了蒸發(fā)腔中工質(zhì)蒸發(fā)-冷凝-再蒸發(fā)的有效循環(huán)。作為實(shí)施例一的具體實(shí)現(xiàn)形式，如圖6-8所示，后凸起部14的橫截面為矩形、梯形、半圓形。如圖9-11所示，蒸發(fā)腔20的橫截面為矩形或橢圓形。蒸發(fā)管2與冷凝管3的連接可采用一對(duì)一方式，即一根蒸發(fā)管2連接一根冷凝管3 (如圖12)，當(dāng)冷凝管3數(shù)量多于蒸發(fā)管2數(shù)量時(shí)，可通過(guò)三通連接，一根蒸發(fā)管2連接兩根冷凝管3 (如圖13)，也可以通過(guò)四通連接，一根蒸發(fā)管2連接三根冷凝管3 (如圖14)進(jìn)行連接；吸熱體包含前凸起部13、后凸起部14及中空的蒸發(fā)腔20、左安裝側(cè)支撐臂11和右安裝側(cè)支撐臂12做為型材，可一次擠出成型，如圖19所示，再在中間的蒸發(fā)腔20的鏤空部分兩面焊接上封裝板50即可完成。實(shí)施例二如圖15所示，為強(qiáng)化換熱及增加蒸發(fā)體機(jī)械強(qiáng)度，在蒸發(fā)腔內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有多條槽道144和/或加強(qiáng)筋145。實(shí)施例三如圖16-18所示，以后凸起部14橫截面為矩形的吸熱體為例對(duì)其蒸發(fā)出口和回流口的具體位置進(jìn)行說(shuō)明，吸熱體的蒸發(fā)出口 142設(shè)置在后凸起部14的頂壁146(如圖16所示)或后壁141的上部(如圖17、圖18所示)；回流口 143設(shè)置在后凸起部側(cè)壁147的下部(如圖16、圖17所示)或后壁141的下部(如圖18所示)。
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由于受熱管散熱器實(shí)際使用過(guò)程的安裝結(jié)構(gòu)及安裝可靠性的限制，單面凸起的吸熱體，蒸發(fā)腔出口只能在安裝基準(zhǔn)面上，而改為雙面凸起結(jié)構(gòu)的吸熱體后，蒸發(fā)腔出口可設(shè)置于新增的后凸起部分的頂壁，如圖16所示，液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)通路更順暢，蒸發(fā)阻力減小，傳熱量增大。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，該裝置包括吸熱體、蒸發(fā)管、冷凝管、絲網(wǎng)和回流管，吸熱體具有兩個(gè)安裝側(cè)支撐臂和一位于該兩個(gè)安裝側(cè)支撐臂之間的前凸起部，該前凸起部?jī)?nèi)設(shè)有中空的前蒸發(fā)腔，前凸起部具有一用于貼合半導(dǎo)體制冷芯片的安裝平面，該安裝平面相對(duì)兩安裝側(cè)支撐臂向前凸伸，所述安裝側(cè)支撐臂上均設(shè)有用于機(jī)械接合半導(dǎo)體芯片的安裝通孔，其特征在于，該吸熱體還具有一與所述前凸起部相對(duì)設(shè)置的后凸起部，所述后凸起部的后壁相對(duì)所述兩安裝側(cè)支撐臂向后凸伸，后凸起部?jī)?nèi)設(shè)有中空的后蒸發(fā)腔，該后蒸發(fā)腔與前蒸發(fā)腔內(nèi)部連通共同形成蒸發(fā)腔；所述后凸起部設(shè)有與蒸發(fā)管內(nèi)部連通用于蒸發(fā)腔中液態(tài)工質(zhì)蒸發(fā)的蒸發(fā)出口、與回流管內(nèi)部連通用于冷凝液態(tài)工質(zhì)回流至蒸發(fā)腔的回流□。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，其特征在于，所述后凸起部的橫截面為矩形、梯形、半圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，其特征在于，所述蒸發(fā)腔的橫截面為矩形或橢圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，其特征在于，所述蒸發(fā)腔內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有多條槽道或加強(qiáng)筋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，其特征在于，所述吸熱體的蒸發(fā)出口設(shè)置在后凸起部的頂壁或后壁的上部；所述回流口設(shè)置在后凸起部側(cè)壁的下部或后壁的下部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于半導(dǎo)體制冷的散熱器，該散熱器包括吸熱體、蒸發(fā)管、冷凝管、絲網(wǎng)和回流管，吸熱體具有兩個(gè)安裝側(cè)支撐臂和一前凸起部，該前凸起部?jī)?nèi)設(shè)有前蒸發(fā)腔，前凸起部具有一相對(duì)兩安裝側(cè)支撐臂向前凸伸的安裝平面，該吸熱體還具有一與前凸起部相對(duì)設(shè)置且后壁相對(duì)兩安裝側(cè)支撐臂向后凸伸的后凸起部，后凸起部?jī)?nèi)設(shè)有與前蒸發(fā)腔內(nèi)部連通共同形成蒸發(fā)腔的后蒸發(fā)腔，后凸起部設(shè)有與蒸發(fā)管內(nèi)部連通用的蒸發(fā)出口、與回流管內(nèi)部連通的回流口。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)增加了蒸發(fā)腔的容積，緩解了因工質(zhì)量少造成的“干涸”現(xiàn)象；內(nèi)表面面積增大，傳熱量提高，提升了熱管散熱器的散熱性能。
文檔編號(hào)H01L23/427GK102790022SQ20121023193
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者葉國(guó)政 申請(qǐng)人:常州天諾電子科技有限公司