專利名稱：復合散熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及從熱源向外進行傳熱，更具體涉及散熱器。
在電子設備的設計結構中，散熱器被用來從熱源如電子元器件向較低溫環(huán)境傳熱。散熱器的目的在于降低熱生成裝置的溫度以防止性能退化并延長熱源的壽命。典型的散熱器由基板和若干肋片組成。若干肋片垂直固定在基板上，且被設置形成一排縱向通道。為從熱源傳熱，散熱器的基板固定在熱源上，使之與熱源之間形成熱接觸。熱從熱源傳到基板，然后又傳到肋片，在此通過向較低溫環(huán)境，例如流經(jīng)縱向通道的空氣，傳熱而進行散熱。散熱器的典型傳熱速率是從50到200瓦/平方英尺，取決于可能提供的展開面積、運行環(huán)境溫度、以及材料/材料厚度。
散熱器的效率取決于它從熱源向較低溫環(huán)境傳熱的能力。影響這一能力的因素包括散熱器構成材料的傳熱速率和散熱器的表面積。使用具有較高傳熱速率的材料來構造散熱器會提高散熱器的傳熱能力。散熱器一般包含一片固體材料，該材料具有高導熱率且有適當?shù)臋C械強度用于輔助支承功能。具有這些性能的材料包括金屬或鍍金屬塑料，例如鋁和銅。上述金屬和鍍金屬塑料的傳熱速率分別為0.19攝氏度/瓦-英寸和0.1攝氏度/瓦-英寸。也可通過增大經(jīng)其散熱的表面積來提高散熱器的傳熱能力，例如，加長肋片。然而，這將導致散熱器體積和重量的增加。而這種增加是不希望有的，當空間有限時尤其如此。
本發(fā)明為一種帶有傳熱介質(zhì)的散熱器，該介質(zhì)用于增強散熱器的傳熱能力而不增大其體積和/或重量。在一個實施例中，散熱器包含若干帶有空腔的肋片、基板和流體傳熱介質(zhì)。每個肋片均與基板熱接觸且被設置形成一排縱向通道，空氣或流體介質(zhì)可流經(jīng)該通道。肋片和基板由導熱材料制成，該材料具有適當?shù)臋C械強度用于輔助支承功能。流體傳熱介質(zhì)裝在每個空腔中。流體傳熱介質(zhì)可以是一種流體，該流體的熱阻和沸點分別低于用于構造肋片和基板的材料的熱阻和軟化點。這種流體傳熱介質(zhì)由于它的汽化與冷凝的潛熱，增強了散熱器的傳熱能力。尤其是，汽化流體傳熱介質(zhì)需要大量能量。于是可將大量的熱從基板傳導給流體傳熱介質(zhì)。相反地，當汽化后的流體傳熱介質(zhì)在肋片上部較冷壁上冷凝時，將大量能量從汽化的流體傳熱介質(zhì)傳導給肋片。這樣，就將大量的熱從流體傳熱介質(zhì)傳導給肋片，然后再由肋片向較低溫環(huán)境散熱。
下述說明、所附權利要求和附圖將使本發(fā)明的特征、情況及優(yōu)點得到更加充分地理解，附圖中

圖1畫出了根據(jù)本發(fā)明的散熱器；圖2畫出了基板帶有儲液腔的散熱器，該儲液腔中裝有流體傳熱介質(zhì)；圖3畫出了具有矩形肋片的散熱器；圖4畫出了基板帶有儲液腔的散熱器的非水平應用；圖5畫出了基板帶有儲液腔的散熱器，該儲液腔中裝有流體傳熱介質(zhì)和虹吸芯；圖6畫出了圖1的散熱器，其中肋片空腔中裝有多孔金屬虹吸芯50；圖7畫出了圖2的散熱器，其中肋片空腔中裝有多孔金屬虹吸芯。
圖1畫出了根據(jù)本發(fā)明的散熱器10。散熱器10包含基板12、若干肋片14和傳熱介質(zhì)16?；?2根據(jù)其預定用途可以是任何所需尺寸和形狀，如矩形平板。通常，基板12的尺寸和形狀應該使熱源和散熱器之間形成良好的熱接觸。例如若熱源為矩形且有平頂面，基板則應為矩形且有平底面，以便與熱源的頂部形成良好的熱接觸?；?2由導熱材料構成，例如鋁、鋁合金、銅、銅合金、以及導熱或薄壁聚合物。
肋片14與基板12熱接觸，且其底部13垂直定位于基板12的頂面以增大散熱器10的表面積。肋片14被設置形成縱向通道，空氣或流體傳熱介質(zhì)可從中流過并散熱。肋片14可以是任何所需的尺寸和形狀。通常，肋片14為板狀、圓柱形或矩形，其中肋片14的寬度從肋片14的底部13到尖端15逐漸減小。肋片14由導熱材料構成，例如鋁、鋁合金、銅及銅合金。
每個肋片14具有肋片空腔18，空腔18中裝有傳熱介質(zhì)16。肋片空腔18可以完全封閉在肋片14壁內(nèi)，如圖1所示，或用基板12封閉。根據(jù)應用的需要，傳熱介質(zhì)可以是流體傳熱介質(zhì)或熱傳導介質(zhì)。流體傳熱介質(zhì)包括下述任何流體即流體的熱阻與沸點分別低于用來構成肋片和基板的材料的熱阻與軟化點。此外，流體傳熱介質(zhì)不應使肋片和/或基板被腐蝕。流體傳熱介質(zhì)包括的流體如自來水、蒸餾水、酒精或上述流體的混合物。流體傳熱介質(zhì)16應當僅部分充滿空腔18，以便于汽化與冷凝。
流體傳熱介質(zhì)增強了散熱器的傳熱能力，而不增大其表面積、體積或重量。這種增強是由于流體傳熱介質(zhì)汽化與冷凝的潛熱。尤其是，汽化流體傳熱介質(zhì)需要高量能量。于是可將大量的熱從基板(或肋片底部)傳導給流體傳熱介質(zhì)。相反地，當汽化后的流體傳熱介質(zhì)在肋片上部較冷壁上冷凝時，將高量能量從汽化的流體傳熱介質(zhì)傳導給肋片。這樣，就將大量的熱從流體傳熱介質(zhì)傳導給肋片。
肋片空腔18被抽真空并且密封住，以防止空氣或流體進入或流出肋片空腔18。每個肋片14可有一個小孔，經(jīng)該孔將空氣從肋片空腔18中抽出，并將流體傳熱介質(zhì)導入肋片空腔18中。該小孔用孔塞19密封。密封孔塞19可以用導熱材料制成，如金屬釬焊、錫焊料、高溫焊料、聚合樹脂、或帶螺紋的金屬旋塞/活門系統(tǒng)。
第二類傳熱介質(zhì)為熱傳導介質(zhì)，它包括下述任何導熱材料(固體或液體)，即其熱阻低于用來構成肋片和/或基板的材料的熱阻。這種傳熱介質(zhì)還應當是輕質(zhì)(與肋片和/或基板相比)且低成本的。熱傳導介質(zhì)的例子包括導熱聚合物、固體金屬、錫、錫合金、錫焊料、填充金屬型聚合物，以及導熱的液體聚合物。熱傳導介質(zhì)應完全充滿空腔，以使肋片與基板之間形成良好的熱接觸。
散熱器10的尺寸應隨每種熱用途而改變。下述例子僅供用于說明，而不應在任何意義上被認做是對本發(fā)明加以限制。在該例子中，基板12為一矩形，厚75到125毫米、長304毫米、寬304毫米。肋片14為板狀，高500毫米，底部徑向為20到40毫米，頂端徑向為10到20毫米。肋片壁厚約10毫米。如果熱傳導介質(zhì)為蒸餾水，則散熱器的傳熱速率大致為800到1000瓦/平方英尺。這大大高于典型的先有技術散熱器的傳熱速率。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例，圖2圖示了基板22帶有儲液腔24的散熱器20，該儲液腔中裝有流體傳熱介質(zhì)26。每個肋片25有一個肋片空腔27，該空腔與儲液腔24及其它肋片空腔27共同形成散熱器空腔28。或者，基板22可有多個儲液腔，用于與肋片空腔形成多個散熱器空腔。散熱器20含有唯一一個小孔，經(jīng)該孔將空氣從散熱器空腔28中抽出，并將流體傳熱介質(zhì)26導入散熱器空腔28中。該小孔用孔塞30密封。圖2的肋片25為板形。圖3圖示了帶有矩形肋片25的散熱器20。
在水平應用(或位置)時，流體傳熱介質(zhì)應當均勻遍布儲液腔24。圖2和圖3所示散熱器20在非水平應用時，將會導致儲液腔24中的流體傳熱介質(zhì)不均勻分布。特別是，流體傳熱介質(zhì)將朝儲液腔24較低側(cè)匯集。圖4示出了散熱器20的非水平應用。流體傳熱介質(zhì)在儲液腔24中均勻分布能使流體傳熱介質(zhì)與基板之間形成更好的熱接觸。流體傳熱介質(zhì)非均勻分布則會相反地影響其與基板之間的熱接觸，就會減弱散熱器的傳熱能力。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例，圖5示出了基板22帶有儲液腔44的散熱器40，該儲液腔中裝有流體傳熱介質(zhì)46和虹吸芯48。虹吸芯48使流體傳熱介質(zhì)能夠更均勻地遍布儲液腔44，在散熱器40非水平應用時尤其如此。虹吸芯48應為多孔的，用于毛細式傳輸流體傳熱介質(zhì)46，它可由諸如銅和鋁等金屬、塑料、玻璃或陶瓷制成。
根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，圖6圖示了圖1的散熱器10，其中在肋片空腔18中裝有多孔的金屬虹吸芯50，圖7圖示了圖2的散熱器20，其中肋片空腔28中含有多孔的金屬虹吸芯60。在這些實施例中，多孔的金屬虹吸芯50、60使流體傳熱介質(zhì)能在肋片空腔和儲液腔中更均勻地分布，而與散熱器20、30的取向無關。從而無論在任何取向時，都能夠確保進行傳熱操作。
盡管已經(jīng)參照特定實施例對本發(fā)明做了相當詳盡的說明，但仍可能有其它的改型。因此，本發(fā)明的精神與范圍不應受限于對本文所含實施例的說明。
權利要求
1．一種散熱器，其特征在于基板；若干帶有空腔的肋片，以及傳熱介質(zhì)，裝在所述空腔中并且與所述基板熱接觸。
2．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)為熱傳導介質(zhì)。
3．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)為流體，其熱阻與沸點低于所述基板和所述若干肋片的熱阻與軟化點。
4．如權利要求3所述的散熱器，其特征還在于所述空腔中裝有多孔的虹吸芯。
5．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)包括水。
6．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)包括酒精。
7．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)包括導熱材料，該材料的熱阻低于所述基板和所述若干肋片的熱阻。
8．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述若干肋片被設置形成縱向通道。
9．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述若干肋片中的每一個均由導熱材料制成。
10．如權利要求1所述的散熱器，其特征在于所述基板由導熱材料制成。
11．一種散熱器，其特征在于帶有儲液腔的基板；若干帶有肋片空腔的肋片，被定位為使得所述肋片空腔與所述儲液腔構成一個或多個散熱器空腔；以及傳熱介質(zhì)，裝在所述散熱器空腔內(nèi)。
12．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)為熱傳導介質(zhì)。
13．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)為流體，其熱阻與沸點低于所述基板和所述若干肋片的熱阻與軟化點。
14．如權利要求13所述的散熱器，其特征還在于所述儲液腔中裝有多孔的虹吸芯。
15．如權利要求13所述的散熱器，其特征還在于所述肋片空腔中裝有多孔的虹吸芯。
16．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)包括水。
17．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)包括酒精。
18．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述傳熱介質(zhì)包括導熱材料，該材料的熱阻低于所述基板和所述若干肋片的熱阻。
19．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述若干肋片被設置形成縱向通道。
20．如權利要求11所述的散熱器，其特征在于所述若干肋片和所述基板由導熱材料制成。
全文摘要
本發(fā)明為一種帶有用于增強散熱器的傳熱能力的傳熱介質(zhì)的散熱器。在一個實施例中,散熱器包含若干帶有空腔的肋片、基板和流體傳熱介質(zhì)。肋片與基板熱接觸且被設置形成一排縱向通道,空氣或流體介質(zhì)可流經(jīng)該通道。流體傳熱介質(zhì)裝在每個空腔中。流體傳熱介質(zhì)能增強散熱器的傳熱能力而不增大其表面積、體積和/或重量。尤其是,汽化流體傳熱介質(zhì)需要較大量能量。于是可將大量的熱從基板傳導給流體傳熱介質(zhì)。相反,當汽化后的流體傳熱介質(zhì)在肋片上部較冷壁上冷凝時,將較大量能量從汽化的流體傳熱介質(zhì)傳導給肋片。
文檔編號H05K7/20GK1213071SQ9812083
公開日1999年4月7日 申請日期1998年9月29日 優(yōu)先權日1997年9月30日
發(fā)明者德懷特·M·戴維斯, 基思·A·戈塞特 申請人:朗迅科技公司