一种活塞式传热散热器的制作方法

本实用新型涉及通信测控领域中大功率密封及电子设备适用的散热器。特别适用于对需要远距离、大跨度传热的电子设备。

背景技术：

目前密封设备的散热形式主要是将发热器件紧贴机箱内壁，热流通过热传导到机箱外壁，再通过机箱外壁的肋片以自然对流和辐射的方式向外部空间散热。这种方式有着很多不足之处，特别是针对接口较多的单板式机箱，发热芯片距离机箱壁较远，传统的金属件加导热衬垫的导热方式很难控制芯片所受压力的大小，尤其是对于BGA封装的表贴器件，压力过大容易损坏器件的球形焊盘，导致芯片无法工作或降低器件寿命。另一方面，由于发热芯片距离机箱壁较远，导热热阻急剧增加，极大的影响散热效果。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提出了一种适用于密封机箱的“活塞”式散热器，在控制芯片所受压力、降低导热热阻的同时，兼顾机箱的密封性能，使其适用于密封设备的散热。

本实用新型所要解决的技术问题是由以下技术方案实现的：

一种活塞式传热散热器，包括带散热肋的导热外壳1、导热活塞2和弹簧3；导热外壳1内部有用于容置导热活塞2和弹簧3的容置空间；弹簧3设在容置空间内，弹簧3的一端与容置空间的上表面相连接，另一端与导热活塞2的顶端相连接；导热活塞2的外侧壁与容置空间的内侧壁之间间隙配合，导热活塞2的底端用于与发热体相接触。

其中，还包括带有开孔的底座4，导热外壳1与底座4相固定连接，导热活塞2呈阶梯形，底端面积小于顶端面积，导热活塞2的底部穿过底座4的开孔。

其中，导热外壳1与导热活塞2之间的预设间隙内填充有导热介质航空硅脂油。

其中，导热活塞2的顶部设有与弹簧3相匹配的凹槽。

其中，导热外壳1的外壁上开有至少一个排气孔。

其中，还包括热管5，热管5固定在导热外壳1的外壁上。

其中，底座4上设有限位柱。

其中，导热外壳1的顶部开设有用于安装密封螺钉6和密封胶垫7的圆孔且底座4上与圆孔相对应位置开有用于安装固定螺钉的小孔；导热外壳1的顶部边缘开设有用于安装密封胶条的凹槽。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

本实用新型在实现机箱密封的同时，有效控制了对芯片的接触压力，防止芯片因压力过大而损坏，它还实现了距离机箱壁较远的芯片的大跨度传热，对于大功率密封机箱来说，散热肋片暴露在机箱外面，直接与空气进行对流换热，可以有效降低远距离传热的热阻，增加传热效率。并且还具有结构简单、成本低廉、通用性好和可靠性高的优点。

附图说明：

图1是散热器结构剖面图及热路图；

图2是散热器密封螺钉安装示意图；

图3是散热器外观示意图；

图4是散热器在机箱中安装剖面图；

图5是散热器在机箱中安装的外观图。

具体实施方式：

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，结合附图图1至图5，对本实用新型的实施方式作进一步的详细描述。

如图1和图2，一种活塞式传热散热器，包括带散热肋的导热外壳1、导热活塞2、弹簧3、带有开孔的底座4、热管5、密封螺钉6和密封胶垫7；导热外壳1与底座4相固定连接，内部形成用于容置导热活塞2和弹簧3的容置空间；导热活塞2的顶端设有与弹簧3相匹配的凹槽；弹簧3设在容置空间内，弹簧3的一端与容置空间的上表面相连接，另一端与导热活塞2的顶端相连接；导热活塞2的外侧壁与容置空间的内侧壁之间间隙配合，导热外壳1与导热活塞2之间的预设间隙内填充有导热介质航空硅脂油，其导热系数为0.0966W/m.K；导热活塞2的底端用于与发热体相接触；导热活塞2呈阶梯形，底端面积小于顶端面积，导热活塞2的底部穿过底座4的开孔；底座4上设有限位柱。

导热外壳1的顶部开设有用于安装密封螺钉6和密封胶垫7的圆孔且底座4上与圆孔相对应位置开有用于安装固定螺钉的小孔；导热外壳1的顶部边缘开设有用于安装密封胶条的凹槽，且导热外壳1的外壁上开有至少一个排气孔；热管5固定在导热外壳1的外壁上。具体的实现步骤包括：

1)印制板上的芯片11产生的热量传递到导热活塞2上，再通过导热活塞2依次经过外壳与活塞之间的导热填充介质、导热外壳1及热管5最终通过导热外壳上的散热肋与环境空气进行对流换热；

2)通过弹簧3可以调节活塞与芯片之间的接触压力；

3)通过底座4的限位支柱可将散热器上所受的力传递到机箱8的底板上从而保护芯片不被损坏；

4)如图5，本实用新型适用于芯片11距离机箱8的壁较远的大跨度传热，可在机箱盖板9开口，将散热肋露出机箱8，通过导热外壳1上的胶条10与机箱盖板9接触实现密封。

安装过程如下：

1)将热管5焊接到导热外壳1的四周边；

2)将导热活塞2的外表面均匀涂抹航空硅脂油；

3)依次将弹簧3、导热活塞2及底座4安装到导热外壳1上；

4)安装时先将密封螺钉6拆下，将散热器安装到机箱的底板上，然后穿过安装密封螺钉6的孔安装底座螺钉，旋紧带有密封胶垫7的密封螺钉6。

组装成整个散热器，外观示意图如图3所示。

结构特点如下：

1)导热活塞2与芯片11之间的接触压力由弹簧调节控制，通过合理的设计弹簧的压缩量和限位支柱的高度完全可以抵消芯片高度公差的影响，并且可以将接触压力控制在5.5lb之内；

2)导热活塞2与导热外壳1之间采用间隙配合最大间隙0.03mm，以便活塞2上下移动调节芯片的接触压力，同时会导致“活塞”与壳体之间充满空气，增加了导热热阻，虽然间隙很小，也必须排除间隙内的空气来减小热阻。采用航空润滑脂填充间隙，航空润滑脂粘度大，不易流动，对散热器的密封性能要求不高，其内含油脂还可以起到润滑作用；

3)散热器底座4有四个限位柱通过螺钉与机箱的底板连接，这样散热器上所受的力均由限位支柱传递到机箱上，保护了芯片不受其他外力作用；

4)散热过程为：芯片的热量先传到导热活塞2，经由导热填充介质、热管5和导热外壳1，最终通过导热外壳1上的散热肋片与空气进行对流换热。整个结构的传热路径如图1，其总热阻为：

R_总＝R_c+R_c-p+R_t+R_p-h+R_h+R_h-k

式中各热阻意义如下：

a)R_c为芯片内热阻，假设芯片表面的热流量时均匀的，其背面与活塞式点接触，热量大多只能通过芯片中心区域传至活塞，这相当于一个收缩热阻。按有效传热半径与芯片本身的传热半径的比值来确定R_c，芯片到活塞热阻R_c-p，是金属接触点的导热热阻，要求尽量减小此热阻可通过填充导热硅脂或柔性导热垫的方式减小此接触热阻一般R_c-p；

b)活塞本身的热阻R_t，热量由活塞端部扩散到活塞，形成一个扩散热阻本文按圆柱均匀导热处理，忽略收缩效应；

c)从活塞到导热外壳的热阻R_p-h，可利用本文按多层圆柱热阻计算；

d)导热外壳本身的热阻R_h，由导热外壳侧壁的热阻R₁与散热肋底部基板的热阻R₂串联组成，如图1所示，L₁是外壳壁导热路径长度，L₂是散热肋底部基板厚度，外壳内壁直径d_h，外壳外壁宽度正方形d_c，d_p为活塞直径，k为导热外壳材料的导热系数，则热阻R_h为：

e)散热肋与空气之间的热阻R_h-k，可根据等截面直肋的导热方法计算，其值为；δ为散热肋基板厚度，A₁为无肋侧的表面积，A₂为有肋侧表面积；

f)本例散热器适用于密封机箱，可将机箱上盖板开口，露出散热器的肋片，通过机箱盖板和散热器之间的导电密封橡胶条实现密封，如图4、图5。