專利名稱：一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于電力電子冷卻領域，是一種高效的電子器件冷卻裝置，將發(fā)熱器件的表面與散熱裝置的吸熱面緊密貼合，接觸面涂抹導熱硅脂后可有效降低電力電子發(fā)熱器件的溫度。適用于發(fā)熱功率為30W-200W的電力電子發(fā)熱器件的散熱，將發(fā)熱器件的溫度控制在65°C以下。
背景技術(shù)：
二十世紀六十年代至今，隨著微電子和光電子等行業(yè)的不斷發(fā)展，技術(shù)上的不斷進步，光電器件的集成度越來越高，工作時產(chǎn)生的熱量越來越多，熱流密度也越來越高。在半導體芯片領域，根據(jù)著名的摩爾定律，在價格不變的情況下，集成電路上可以容納的晶體管的數(shù)量每隔約十八個月就會增加一倍，其性能也將提升一倍。雖然技術(shù)的進步也同樣降 低了單個晶體管的能量消耗，但是由于晶體管數(shù)目增長的速度大于單個晶體管能耗降低的速度，整體上造成了電子芯片的能耗是不斷增加的，如此多的熱量如不能及時地擴散掉，將會使芯片內(nèi)部溫度逐漸上升，最終導致芯片停止工作。同時，芯片長時間在較高溫度下運行也會顯著地降低其使用壽命。隨著單個芯片上集成的晶體管數(shù)量的不斷增加，其功耗必然也會不斷地隨之增加，而當單個芯片的功耗超過70W后，其冷卻器件的價格會急劇上升。在顯示技術(shù)領域，陰極射線管顯示器(CRT)由于其高質(zhì)量的畫質(zhì)曾經(jīng)壟斷整個顯示行業(yè)，但是近年來液晶顯示(IXD)、等離子顯示(PDP)和激光顯示等新型的平板式顯示器正逐漸取代CRT顯示器成為市場上的主導產(chǎn)品，這主要是由于激光和發(fā)光二極管技術(shù)的進步引起的。與傳統(tǒng)CRT顯示不同，激光和發(fā)光二極管顯示都是采用固體光源，而解決這些固體光源的散熱難題也成了必須面對的新挑戰(zhàn)。由于激光以及發(fā)光二極管等器件對溫度很敏感，工作溫度的不穩(wěn)定不但會嚴重影響畫面顯示質(zhì)量，而且也會大大縮短光源的壽命，所以這些固體光源的工作溫度范圍很窄，允許的工作溫度波動范圍往往很小。此外，在顯示器播放運動畫面時，由于播放畫面的不一致性和畫面間的連續(xù)轉(zhuǎn)換，屏幕的局部區(qū)域所產(chǎn)生的熱量可能會有成百上千倍地增加，從而使保持整個屏幕光源工作溫度的均一性面臨更大的挑戰(zhàn)。因此，精確的工作溫度控制對這些光源來說不可或缺。在照明領域，隨著技術(shù)的進步，采用發(fā)光二極管(LED)作為光源的照明燈正逐漸出現(xiàn)并替代傳統(tǒng)的燈具。LED照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長和響應速度快等特點，被認為將成為繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代光源，有廣闊的市場前景。目前，LED燈的發(fā)光效率為10% 20%，其余的能量最后轉(zhuǎn)化成熱能。由于LED的高功率和結(jié)構(gòu)緊湊的特征，其工作過程中產(chǎn)生的余熱使芯片的封裝表面具有較高的熱流密度，這些熱量如果不能及時帶走，必將使發(fā)光二極管的溫度顯著升高，這種由溫升引起的熱效應對LED的性能產(chǎn)生嚴重的影響，可以使芯片的發(fā)射光譜發(fā)生紅移，影響出光效率，加速器件的老化，縮短使用壽命，甚至導致芯片燒毀。因此，LED芯片的散熱問題成了制約LED照明行業(yè)快速發(fā)展的關鍵問題。照明行業(yè)的用電量大約占社會用電量的12%左右，如果可以解決LED照明芯片的散熱問題，進而推動LED照明的普及，必將對我國節(jié)能減排做出巨大貢獻。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有電力電子設備與器件運行過程中存在的發(fā)熱量過大、器件溫度過高、工作壽命短、由于產(chǎn)熱引起的工作不穩(wěn)定等問題；提供一種換熱效率高、結(jié)構(gòu)設計緊湊、成本低、溫控能力強的相變式散熱裝置來解決電力電子設備運行中存在的熱問題。為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，適用于發(fā)熱功率為30w-200w的電力電子發(fā)熱器件，包括換熱主體部件、取熱板和封裝板，換熱主體部件集蒸發(fā)器與冷凝器為一體，其特征在于，換熱主體部件包括圓柱形的金屬外殼及均勻布置在所述金屬外殼外表面的金屬肋片，在所述金屬外殼的一個端面設置所述取熱板，另一個端面設置所述封裝板，且所述取熱板和封裝板的形狀與所述金屬外殼相應的配合端面的開口形狀一致，所述金屬外殼、取熱板和封裝板裝配后形成一封閉的圓柱形空腔?！0009]優(yōu)選地,換熱主體部件截面圓形直徑徑為20mm-200mm,長度為40mm-300mm。換熱主體部件的金屬外殼厚度為2mm-10mm。換熱主體部件外表面肋片的厚度2mm-10mm，肋片的高度為5mm-100mm,肋片間的間距為2mm-50mm。裝置的取熱板和封裝板的厚度為lmm-20mm。優(yōu)選地，所述換熱主體部件的金屬肋片之間還布置有若干個布線孔和若干個螺栓定位孔；所述金屬肋片的表面呈波紋狀，端部呈C形或Y形，以增大肋片的散熱面積；所述封裝板上設置充液/汽口。優(yōu)選地，所述充液/汽口為螺栓密封或錐形密封或其他的阻止泄露封裝塞。優(yōu)選地，散熱裝置內(nèi)部填充工質(zhì)，如乙醇、去離子水、或乙醇和去離子水的混合液等,混合液體中去離子水的體積比例為10%-90%。進一步地，所述封裝板上設置有充液/汽口。優(yōu)選地，當內(nèi)部工質(zhì)為乙醇與去離子水的混合液時，充裝特征為，將高溫高壓的乙醇與去離子水的混合蒸汽通過設置于封裝板上的充液/汽口充入裝置內(nèi)部，待充滿后封閉充液/汽口，腔內(nèi)高溫高壓蒸汽冷卻液化后內(nèi)部形成真空。優(yōu)選地，當內(nèi)部工質(zhì)為乙醇或去離子水時，充裝特征為，通過設置于封裝板上的充液/汽口充入裝置內(nèi)部，通過抽壓工藝，讓內(nèi)部形成負壓，之后封閉所述充液/汽口。本實用新型的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其下底面與發(fā)熱裝置的表面相貼合，貼合面涂抹導熱硅脂用于熱傳遞。當電力電子器件工作時，電力電子器件所產(chǎn)生的熱量通過貼合表面?zhèn)鬟f給散熱裝置底面，散熱裝置底面再將熱量傳遞到裝置底面內(nèi)部，底面內(nèi)表面附近的乙醇與去離子水的混合液體工質(zhì)受熱后發(fā)生相變，吸收傳遞到底面內(nèi)表面的熱量，相變產(chǎn)生的蒸汽彌散到整個空腔的內(nèi)部，由于空腔的非加熱表面溫度較低，蒸汽在空腔內(nèi)的非加熱表面發(fā)生冷凝，蒸汽變?yōu)橐后w流回空腔底部，同時將熱量傳遞給非加熱表面，然后再通過金屬外殼將熱量傳遞到散熱裝置外表面，外殼外表面布置有散熱肋片，通過肋片等強化傳熱手段再將熱量傳遞到環(huán)境中去，達到對電力電子器件散熱的目的。本實用新型散熱裝置的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面I.換熱效率高、換熱溫差小。本散熱裝置采用相變傳熱技術(shù)，而液體在相變發(fā)生前后溫度基本不發(fā)生變化，但是散熱裝置內(nèi)混合液體在散熱裝置底面(被加熱面)吸熱發(fā)生相變變?yōu)檎羝麜r，相變的面積較小，但是當蒸汽在空腔內(nèi)其它表面放熱液化變?yōu)橐后w的時候，相變的面積明顯變大。這樣就在基本上不增加換熱溫差的情況下，增大了換熱發(fā)生的面積，使得電力電子設備產(chǎn)生的耗散熱能夠更快更好地傳遞到外圍環(huán)境中去。另外，本散熱裝置在金屬外殼的外圍布置有間隔合理、高度適中的散熱肋片，也可以使傳遞到非加熱外殼表面上的熱量更快更好地擴散到周圍環(huán)境中去，進一步強化了換熱效率。2.節(jié)省材料、經(jīng)濟性好、重量輕。與傳統(tǒng)的電力電子冷卻裝置相比，本換熱裝置由于采用了內(nèi)部空腔化的設計，所以大大減少了所用金屬材料的數(shù)量，散熱裝置外殼外圍布置的肋片經(jīng)過精心設計，厚度和高度都比較適中，最大可能地節(jié)省了所用材料的數(shù)量。本散熱裝置外殼厚度較薄，這一方面在保證所需強度的情況下減少了材料的使用量，另一方面也減少了熱量傳遞中的溫度差，強化了換熱。 3.運行穩(wěn)定、可靠性高。本換熱裝置的熱量最終是通過自然風冷的方式傳遞到環(huán)境中去，系統(tǒng)中沒有使用外加風扇的強制空冷，這一方面節(jié)省了外加風扇所需的功耗，另一方面也使散熱裝置在運行中免收由于散熱風扇故障所帶來的干擾，提高了運行的可靠性和穩(wěn)定性。

圖I為本實用新型的換熱主體部件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2中，Ca)為圖I中A-A剖面圖，(b)為圖I中B的局部放大圖；圖3為本實用新型的散熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。如圖I至3所示，本實用新型的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，主要由集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的換熱主體部件I和兩個端部檔板2、3組合而成，換熱主體部件I截面外輪廓為圓形的，換熱主體部件I截面內(nèi)部是圓形空腔6，圓形空腔6的外圍是圓形的金屬外殼4，在圓形外殼4的外表面均勻布置有高度相同的金屬肋片5。在換熱主體部件I的兩端面放置兩個與端面開口形狀一致的圓形檔板2、3于散熱主體部件I的兩端，用來密封散熱主體部件I的兩端開口，一個板作為取熱板2，另一板作為封裝板3，形成散熱裝置的內(nèi)部密封空間6。本實用新型的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，適用于發(fā)熱功率為30w_200w的電力電子發(fā)熱器件，金屬外殼4的圓形截面內(nèi)徑為20mm-200mm,長度為40mm-300mm,厚度為2mm-10mm。換熱主體部件外表面肋片5的厚度肋片的高度為5mm-100mm,肋片間的間距為2mm-50mm。取熱板2和封裝板3的厚度為lmm-20mm。優(yōu)選地,換熱主體部件2的金屬肋片5之間還布置有若干個布線孔7和若干個螺栓定位孔8 ;所述金屬肋片5的表面呈波紋狀，端部呈C形或Y形，以增大肋片的散熱面積；所述封裝板3上設置充液/汽口，所述充液/汽口為螺栓密封或錐形密封或其它的阻止泄露封裝塞。所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，在散熱裝置內(nèi)部填充乙醇或去離子水的混合液，混合液體中去離子水的體積比例為10%-90%，乙醇的體積比例為90%-10%。散熱裝置內(nèi)部填充乙醇或去離子水。所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其內(nèi)部工質(zhì)的充裝特征為將高溫高壓的乙醇與去離子水的混合蒸汽通過設置于封裝板3上的充液/汽口(圖中未示出)充入裝置內(nèi)部6，待充滿后封閉充液/汽口，腔6內(nèi)高溫高壓蒸汽冷卻液化后內(nèi)部形成真空。所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其內(nèi)部工質(zhì)的充裝特征為乙醇或去離子水，通過設置于封裝板3上的充液/汽口充入裝置內(nèi)部，通過抽壓工藝，讓內(nèi)部形成負壓，之后封閉充液/汽口。本實用新型所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其下底面與發(fā)熱裝置的表面相貼合，貼合面涂抹導熱硅脂用于熱傳遞。當電力電子器件工作時，電力電子器件所產(chǎn)生的熱量通過貼合表面?zhèn)鬟f給散熱裝置底面，散熱裝置底面再將熱量傳遞到裝置底面內(nèi)部，底面內(nèi)表面附近的乙醇與去離子水的混合液體工質(zhì)受熱后發(fā)生相變，吸收傳遞到底面內(nèi)表面的熱量，相變產(chǎn)生的蒸汽彌散到整個空腔的內(nèi)部，由于空腔的非加熱表面溫度較低，蒸汽在空腔內(nèi)的非加熱表面發(fā)生冷凝，蒸汽變?yōu)橐后w流回空腔底部，同時將熱量傳遞給非加熱表面， 然后再通過金屬外殼將熱量傳遞到散熱裝置外表面，外殼外表面布置有散熱肋片，通過肋片等強化傳熱手段再將熱量傳遞到環(huán)境中去，達到對電力電子器件散熱的目的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，適用于發(fā)熱功率為30W-200W的電力電子發(fā)熱器件，包括換熱主體部件(I)、取熱板(2)和封裝板(3)，換熱主體部件(I)集蒸發(fā)器與冷凝器為一體，其特征在于，換熱主體部件(I)包括圓柱形的金屬外殼(4)及均勻布置在所述金屬外殼(4)外表面的金屬肋片(5)，在所述金屬外殼(4)的一個端面設置所述取熱板(2)，另一個端面設置所述封裝板(3)，且所述取熱板(2)和封裝板(3)的形狀與所述金屬外殼(4)相應的配合端面的開口形狀一致，所述金屬外殼(4)、取熱板(2)和封裝板(3)裝配后形成一封閉的圓柱形空腔(6 )。
2.如權(quán)利要求I中所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述金屬外殼(4)的圓形橫截面的內(nèi)徑為20mm-200mm,長度為40mm-300mm,厚度為2mm-10mm;所述肋片(5)的厚度為高度為5mm-100mm,肋片間的間距為2mm-50mm;所述取熱板(2)和封裝板(3)的厚度為lmm-20mm。
3.如權(quán)利要求I中所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述換熱主體部件(I)的金屬肋片(5)之間還布置有若干個布線孔(7)和若干個螺栓定位孔(8);所述金屬肋片(5)的表面呈波紋狀，端部呈C形或Y形；所述封裝板(3)上設置充液/汽口。
4.如權(quán)利要求I至3任一項所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述封裝板(3)上設有充液/汽口。
5.如權(quán)利要求4中所述的電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，其特征在于，所述散熱裝置內(nèi)部填充有工質(zhì)，所述工質(zhì)為乙醇、去離子水、或乙醇和去離子水的混合液，所述乙醇和去離子水的混合液體中去離子水的體積比例為10%-90%。
6.如權(quán)利要求5中所述的散熱裝置，其特征在于，將高溫高壓的乙醇和去離子水的混合蒸汽通過設置在封裝板(3)上的所述充液/汽口充入所述內(nèi)部空腔(6)，待充滿后，封閉充液/汽口，腔內(nèi)高溫高壓蒸汽冷卻液化后內(nèi)部形成真空。
7.如權(quán)利要求5中所述的散熱裝置，其特征在于，將乙醇或去離子水通過所述充液/汽口充入所述內(nèi)部空腔(6)，通過抽壓工藝讓所述內(nèi)部空腔(6)形成負壓，之后封閉充液/汽□。
專利摘要本實用新型公開了一種電力電子發(fā)熱器件的散熱裝置，所涉及的技術(shù)包括熱設計技術(shù)、液體相變換熱技術(shù)、池沸騰傳熱技術(shù)、金屬材料加工成型技術(shù)、金屬表面的處理技術(shù)，本實用新型的散熱裝置主要由集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的換熱主體部件(1)、取熱板(2)和封裝板(3)組合而成。本散熱裝置主要用于電力電子器件的散熱，其功能是將電力電子發(fā)熱器件運行過程中所產(chǎn)生的耗散熱量帶離發(fā)熱器件表面，從而使電力電子器件的表面溫度在一個合理的范圍內(nèi)波動。本散熱裝置具有較高的散熱能力，可以實現(xiàn)較高熱流密度下電子器件散熱要求。
文檔編號H05K7/20GK202713886SQ20122040581
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者徐新旗 申請人:北京瑞德桑節(jié)能科技有限公司