一种带支撑柱结构的均热板散热装置及其制备方法与流程

本发明涉及电子设备散热技术，具体涉及一种带支撑柱结构的均热板散热装置及其制备方法。

背景技术：

随着微电子技术和大规模集成电路技术的不断发展，电子设备在性能不断提升的同时，内部元器件功率、单位体积密度也随之不断提高，设备小型化使得散热设计更加困难，散热问题已成为影响电子设备进一步向高性能、小型化发展的瓶颈，以有效控制内部元器件温升为目标的热设计技术已成为电子设备的关键技术之一。

现有电子设备散热技术中，主流散热方式依然是风扇、散热片、热管及其不同结合，最典型的散热装置是带风扇的散热片结构，为了降低电子设备工作时内部电子元器件核心温度，一般采用加大散热片换热面积、增大空气流速等方法，但这些方法均会增大整个系统的重量、噪声和复杂程度，提高成本，因而迫切需要采用新型散热技术解决高效散热技术难题。

热管技术具有高导热性、优良等温性、无需额外动力驱动等优点，已被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热装置制造行业，使得人们改变了传统散热装置的设计思路，明显提高了散热装置的性能。热管导热性能虽然相对铝、铜等高导热金属来说高很多，但由于热管热传导方式是一维的，在某些应用场合会受限于较小的传热面积和较大的接触热阻，使得热管导热效能受限，影响了热管散热装置性能的进一步提升。

均热板与热管的原理与理论架构基本相同，但热流传递方式不尽相同，普通热管内部蒸汽流动的方式是近似一维的，因此热量传递的方式是线性传递；均热板内部蒸汽流动的方式是近似二维的，可以迅速将一个或多个集中点热源的热量近乎等温地均布到一个大平面上，比热管更快，更有效率，因而可迅速降低其器件温度；平面结构可以直接与目前绝大多数的电子元件表面直接接触，有效降低了电子设备发热电子元件至均热板的传导热阻，使散热系统的整体热阻明显降低。

然而，现有电子设备用均热板散热装置，液态工质仅依靠工作腔内表面烧结、丝网等毛细结构的吸液芯回流，传热过程的毛细极限、凝结极限相对比较低，导热能力和结构尺寸进一步提高较为困难；均温板散热装置与电子器件接触时，均温板散热装置只能水平方式放置，若是将电子装置侧放或以其它方向放置时，均温板散热装置因毛细力较小、液态工质回流较慢无法达到预期的散热效果，给均温板散热装置的应用带来较大的局限。

由此可见，虽然均热板散热装置的设计、制造技术不断提高，但现有的均热板散热装置仍存在液态工质回流路径单一、布置方式受限等缺陷而亟待进一步改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带支撑柱结构的均热板散热装置及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种带支撑柱结构的均热板散热装置，包括带支撑柱结构的均热板散热器、挡风板和涡流风扇，均热板散热器由波纹形散热片和均热板组成，均热板由上盖板、下盖板、复合回流结构和纳米液态工作介质组成，上盖板和下盖板焊接构成均热板的工作腔，波纹形散热片设置在上盖板上；所述复合回流结构由上盖板沟槽、第一丝网毛细吸液芯、第二丝网毛细吸液芯、下盖板沟槽和支撑柱组成，支撑柱贯穿第一丝网毛细吸液芯和第二丝网毛细吸液芯，并与上盖板、下盖板内侧表面焊接；涡流风扇设置在下盖板一端，挡风板设置在散热片和涡流风扇上端，在涡流风扇上方留有出风孔。

一种带支撑柱结构的均热板散热装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制作第一丝网毛细吸液芯、第二丝网毛细吸液芯和支撑柱；

步骤2，在波纹形散热片型材一侧加工凹槽、上盖板沟槽和安装柱，制作上盖板；

步骤3，在铝合金板一侧加工出凹槽、下盖板沟槽，预留充液口，制作均热板散热器的下盖板；

步骤4，对第一丝网毛细吸液芯、第二丝网毛细吸液芯、支撑柱、上盖板、下盖板进行除油、去氧化膜、水洗和烘干；

步骤5，在上盖板的底面及侧面铺设薄片焊料，安装支撑柱，将第一丝网毛细吸液芯扣合到上盖板的内表面，压紧状态下真空钎焊；

步骤6，将第二丝网毛细吸液芯扣合到下盖板底面及侧面，压紧状态下真空钎焊；

步骤7，将步骤5、步骤6钎焊后的上盖板、下盖板扣合在一起，通过高频扩散焊形成均热板散热器工作腔；

步骤8，检查均热板散热器工作腔的气密性；

步骤9，通过充液口向所述均热板散热器工作腔充入al2o3-三氟二氯乙烷纳米液态工作介质，去除工作腔内的气体，达到规定真空度要求后，将充液口冷压变形焊封堵并焊接密封；

步骤10，在下盖板外侧加工出不同高度、尺寸的凸台，根据使用环境进行相应表面处理；

步骤11，制作挡风板，根据使用环境要求进行相应表面处理；

步骤12，将均热板散热器、挡风板、涡流风扇组装，形成带支撑柱结构的均热板散热装置。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明带支撑柱结构的均热板散热装置，均热板工作腔内的毛细结构支撑柱上下端分别与上盖板、下盖板的毛细吸液芯相互连通，与第一丝网毛细吸液芯、第二丝网毛细吸液芯、上盖板沟槽、下盖板沟槽共同构成均热板的复合回流结构，增加了冷凝面液态工质回流至蒸发面发热器件位置的路径和效率，提高了均热板的毛细极限和导热性能，使其能够把多热源电子器件的热量均匀扩散到均热板上盖板，达到提高散热装置散热性能的效果，满足电子设备中水平或竖直场合布置的多热源、高热流密度电子元件的散热要求；

(2)本发明带支撑柱结构的均热板散热装置，均热板腔体内多个支撑柱与工作腔上盖板、下盖板内表面焊接成一体，强化均热板结构强度，可减小内部汽态工作介质压力变化时壳体变形量，满足大尺寸均热板散热装置的应用需求；采用波纹形散热翅片，可有效降低散热器重量，大幅提升散热装置的热交换效率；

(3)本发明带支撑柱结构的均热板散热装置制备方法，不同于常规均热板的制作方式，其丝网毛细吸液芯通过钎焊方式与均热板腔体内部上、下表面连接在一起，带毛细结构支撑柱上下端分别与上盖、下盖的毛细结构层可靠连通，使得均热板在多热源的应用场合下具有很好的均温性，同时简化了制造工艺，成本低廉，适宜大规模生产。

附图说明

图1为带支撑柱结构的均热板散热装置正面示意图。

图2为带支撑柱结构的均热板散热装置组成示意图。

图3为带支撑柱结构的均热板散热装置背面示意图。

图4为带支撑柱结构的均热板散热装置上盖板示意图。

图5为带支撑柱结构的均热板散热装置下盖板示意图。

图6为带支撑柱结构的均热板散热装置的毛细结构吸液芯示意图。

图7为带支撑柱结构的均热板散热装置的支撑柱示意图。

图8为带支撑柱结构的均热板散热装置制备流程图。

具体实施方式

一种带支撑柱结构的均热板散热装置，包括带支撑柱结构的均热板散热器1、挡风板2和涡流风扇3，均热板散热器1由波纹形散热片10和均热板组成，均热板由上盖板8、下盖板5、复合回流结构和纳米液态工作介质组成，上盖板8和下盖板5焊接构成均热板的工作腔，波纹形散热片10设置在上盖板8上；所述复合回流结构由上盖板沟槽9、第一丝网毛细吸液芯4、下盖板沟槽12、第二丝网毛细吸液芯6和支撑柱7组成，支撑柱7贯穿第一丝网毛细吸液芯4和第二丝网毛细吸液芯6，并与上盖板8、下盖板5内侧表面焊接；涡流风扇3设置在下盖板一端，挡风板2设置在散热片和涡流风扇3上端，在涡流风扇3上方留有出风孔。

所述上盖板沟槽9和下盖板沟槽12分别设置在上盖板8和下盖板5内侧表面。

所述支撑柱7为圆柱形，外表面设置有沟槽型毛细结构，毛细结构延伸方向与支撑柱7轴线平行；第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6上设置有与支撑柱7对应的通孔，支撑柱7贯穿第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6的通孔。

所述第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6均为不同孔隙率的双层金属丝网与金属粉末烧结成的平板式吸液芯；支撑柱7外表面毛细结构与第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6相互连通。

所述纳米液态工质为无毒、无可燃性的0.3％的al2o3-三氟二氯乙烷纳米流体，充入量为均热板散热器1工作腔体积40％以上。

所述上盖板8内侧表面设置有安装柱11，用于对支撑柱7进行定位。

所述均热板散热器1的下盖板5外侧表面设置有多个不同高度、尺寸的凸台15。

一种制备上述带支撑柱结构的均热板散热装置的方法，包括以下步骤：

步骤1，制作第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6和支撑柱7；

步骤2，在波纹形散热片型材一侧加工凹槽、上盖板沟槽9和安装柱11，制作上盖板8；

步骤3，在铝合金板一侧加工出凹槽、下盖板沟槽12，预留充液口14，制作均热板散热器1的下盖板5；

步骤4，对第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6、支撑柱7、上盖板8、下盖板5进行除油、去氧化膜、水洗和烘干；

步骤5，在上盖板8的底面及侧面铺设薄片焊料，安装支撑柱7，把第一丝网毛细吸液芯4扣合到上盖板8的内表面，压紧状态下真空钎焊；

步骤6，将第二丝网毛细吸液芯6扣合到下盖板5底面及侧面，压紧状态下真空钎焊；

步骤7，将步骤5、步骤6钎焊后的上盖板8、下盖板5扣合在一起，通过高频扩散焊形成均热板散热器1工作腔；

步骤8，检查均热板散热器1工作腔的气密性；

步骤9，通过充液口14向所述均热板散热器1工作腔充入al2o3-三氟二氯乙烷纳米液态工作介质，去除工作腔内的气体，达到规定真空度要求后，将充液口14冷压变形焊封堵并焊接密封；

步骤10，在下盖板5外侧加工出不同高度、尺寸的凸台15，根据使用环境进行相应表面处理；

步骤11，制作挡风板2，根据使用环境要求进行相应表面处理；

步骤12，将均热板散热器1、挡风板2、涡流风扇3组装，形成带支撑柱结构的均热板散热装置。

其中，步骤5的具体步骤为：

步骤5-1，在上盖板8内表面凹槽四周铺设薄片钎焊焊料，将支撑柱7安装在安装柱11上，去除上盖板沟槽9处钎焊焊料；

步骤5-2，将第一丝网毛细吸液芯4和上盖板8内表面进行贴合处理，形成待焊接坯件；

步骤5-3，在真空钎焊炉内，在压紧状态下升温至规定温度区间后保温45～60min，形成具有散热片、毛细吸液芯、支撑柱的上盖板8；

步骤6的具体步骤为：

步骤6-1，在所述热板下盖板5内表面凹槽四周铺设薄片钎焊焊料，去除下盖板沟槽12处钎焊焊料；

步骤6-2，将第二丝网毛细吸液芯6对准凹槽内的定位柱13，下盖板5进行贴合处理，形成待焊接坯件；

步骤6-3，在真空钎焊炉内，在压紧状态下升温至规定温度区间后保温45～60min，形成下盖板5。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例

一种带支撑柱结构的均热板散热装置，包括带支撑柱结构的均热板散热器1、挡风板2和涡流风扇3，如图1所示；

如图2所示，均热板散热器1由上盖板8、下盖板5、复合回流结构、支撑柱7和纳米液态工作介质组成，上盖板8和下盖板5焊接构成均热板工作腔，支撑柱7与所述均热板工作腔内侧表面焊接连接，以增强均热板壳体强度，消除内部工作介质蒸汽压力对壳体的影响；复合回流结构由上盖板沟槽9、第一丝网毛细吸液芯4、下盖板沟槽12、第二丝网毛细吸液芯6和支撑柱7组成，支撑柱7的上下端分别与第一丝网毛细吸液芯4、第二丝网毛细吸液芯6的毛细结构层相互连通，增加液态工作介质回流的路径和效率，提高均热板的毛细极限和传热能力，使其能够把多热源的热量均匀扩散到散热装置散热片上。

均热板散热器1的上盖板8、下盖板5、支撑柱7均采用高强度、可焊性好的6061铝合金，均热板散热器1、挡风板2表面均采用阳极氧化并发黑处理，可实现在强振动、湿热环境中长时间可靠工作。

波纹形散热片10设置在上盖板8上，涡流风扇3设置在下盖板5一端，挡风板2设置在散热片和涡流风扇3上端，在涡流风扇3上方留有出风孔。在flf25-8/14n涡流风扇3提供的压力驱动下，冷却气流与可破坏翅片表面层流层的波纹翅片间强制对流换热，可达到提高散热装置散热性能的效果，充分满足电子设备中水平或竖直场合布置的多热源、高热流密度电子元件散热要求。

如图4所示，上盖板8采用6061铝合金，外侧有波纹形散热片10，内侧凹槽内设置有上盖板沟槽9和多个安装柱11。如图3、图5所示，下盖板5采用6061铝合金，外侧设置有多个不同高度、尺寸凸台15，内侧凹槽内设置有下盖板沟槽12和定位柱13，边缘处设置有充液口14。

如图6所示，毛细吸液芯四周有翻边和供支撑柱7穿过的多个通孔和定位孔16。

如图7所示，支撑柱7为空心柱体，表面带有倒梯形槽的毛细结构，毛细结构延伸方向与支撑柱7轴线平行。

液体工作介质为丙酮、三氟二氯乙烷或二元工作介质，充入量为均热板散热器工作腔的40％以上，能够保证当均热板散热装置竖直或其它方位使用时，均热板也能够起到好的导热效果。

如图8所示，上述带支撑柱结构的均热板散热装置的制备方法，包括以下步骤：

步骤a，制作第一毛细吸液芯4、第二毛细吸液芯6。由不同孔隙率的金属丝网与粉末材料经烧结工艺制成板状吸液芯，裁剪成需要尺寸后制作翻边和供支撑柱7穿过的通孔和定位孔16，该翻边、通孔和定位孔16是通过激光切割和弯折等方式加工形成。

步骤b，制作支撑柱7。表面带有倒梯形毛细沟槽支撑柱7采用6061铝合金，挤压工艺成型，裁剪成需要尺寸。

步骤c，制作上盖板8。波纹形散热片采用6061铝合金，挤压工艺成型，裁剪成需要尺寸后一侧去掉一段散热片，另一侧加工出凹槽、上盖板沟槽9和安装柱11，加工方式包括但不限于切削、铣等方式。

步骤d，制作下盖板5。在6061铝合金板一侧加工出凹槽、下盖板沟槽12、定位柱13、涡流风扇3安装通孔，凹槽侧面预留工质充液口14，加工方式包括但不限于切削、铣等方式。

步骤e，对上盖板8、下盖板5、第一毛细吸液芯4、第二毛细吸液芯6、支撑柱7表面按流程进行除油、去氧化膜、水洗、烘干，使表面光洁平整、干净。

步骤f，在上盖板凹槽底面及侧面铺设薄片焊料，去除上盖板沟槽9位置焊料，把所述支撑柱7和第一丝网毛细吸液芯4扣合到凹槽内，压紧状态下真空钎焊；具体为：

f1，在上盖板内表面凹槽底面及四周铺设薄片钎焊焊料，去除上盖板沟槽9位置焊料，将支撑柱7安装在安装柱11上，保证紧密接触；

f2，将第一丝网毛细吸液芯4和上盖板8内表面进行贴合处理，形成待焊接坯件；

f3，在真空钎焊炉内，在压紧状态下升温至规定温度区间后保温45～60min，形成具有毛细吸液芯、支撑柱结构的均热板散热器1的上盖板8。

步骤g，在所述下盖板凹槽底面及侧面铺设薄片焊料，去除下盖板沟槽12位置焊料，将所述第二毛细吸液芯6扣合到凹槽内，压紧状态下真空钎焊；具体为：

g1，在所述热板下盖板内表面凹槽底面及四周铺设薄片钎焊焊料，去除下盖板沟槽12位置焊料，将所述第二丝网毛细吸液芯6上定位孔16对准凹槽内的定位柱13；

g2，将第二丝网毛细吸液芯6和均热板下盖板5进行贴合处理，形成待焊接坯件；

g2，在真空钎焊炉内，在压紧状态下升温至规定温度区间后保温45～60min，形成具有毛细吸液芯的均热板散热器1的下盖板5。

步骤h，将步骤f、步骤g焊接后的上盖板8、下盖板5定位，通过高频扩散焊形成内部带支撑柱结构的均热板散热器1工作腔。在焊接完成后检测焊接后均热板散热器1工作腔的气密性，工作腔气密性检测合格方可进入后续步骤。

步骤i，通过下盖板5的充液口14向均热板散热器1工作腔内注入流体工作介质，在本实施例中，注入的流体介质为0.3％的al2o3-三氟二氯乙烷纳米流体，可以根据需要注入丙酮等其它与6061铝合金相容性良好、品质因素高的工作介质，充入量超过所述工作腔40％。

步骤j，充液完成后，去除所述均热板散热器1工作腔内的气体，达到设定的真空度后对充液口14进行冷压变形焊封堵并焊接密封，保证均热板散热器1工作腔与外界空气隔断，并保证以后使用过程当中均热板散热器1工作腔内高温高压蒸汽不得发生泄漏。

步骤k，在均热板散热器1散热片对侧加工出不同高度、尺寸的凸台15和和挡风板2安装沉头孔。

步骤l，对均热板散热器1进行表面处理，在本实施例中，采用阳极氧化并发黑处理工艺。

步骤m，采用6061铝合金板制作挡风板2，在本实施例中，采用阳极氧化并发黑处理工艺。

步骤n，将均热板散热器1、挡风板2、涡流风扇3组装成均热板散热装置。

均热板散热装置制备完成后，当水平或竖直方位布置时，均热板的凸台15接受热源的热量，通过均热板下盖板传至第二毛细吸液芯，第二毛细吸液芯内液态工质吸收热量后蒸发、扩散至整个均热板工作腔，工作介质蒸汽在第一毛细吸液芯、支撑柱表面释放热量冷凝成液态，通过第一毛细吸液芯、沟槽、支撑柱、第二毛细吸液芯的毛细力回流到下盖板凸台位置，循环往复，连续不断地把热量从均热板凸台位置导向上盖板的波纹形散热片底部，在涡流风扇提供的压力驱动下，冷却气流与可破坏翅片表面层流层的波纹翅片间强制对流换热，从而实现热量传递以及扩散的目的。

本发明适用于通讯设备等高性能电子散热，还可以适用到高阶显卡、激光设备、医疗器械内部高功耗、高热流密度发热部件的冷却。