一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，包括放置在电子器件上的散热板，固结在散热板上的翅片，翅片两侧的多孔金属泡沫层，以及泡沫层之间的开缝(空气通道)。多孔金属泡沫层具有比表面积大，孔隙率高等特点，可以将翅片带来的热量与通过自然对流形式从开缝进入泡沫孔隙的冷空气之间进行充分的接触，通过空气流动降低散热板上的温度，从而对电子器件进行自然冷却。本实用新型专利技术运用自然对流，其可靠性高，噪声小，能耗低，易维护，而多孔材料使散热器具有重量轻，体积小，换热效率高的特点，因此具有传统散热器不具有的诸多优点，颇具市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电子元件器件领域，涉及到一种散热装置，尤其涉及一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器。
技术介绍
随着大规模电子集成电路的快速发展，芯片集成度愈来愈高，通信、照明等电子元件领域的发展受到了高性能散热装置不成熟的制约。随着工作温度的提高，电子器件的使用寿命会成倍的降低，大大影响到了产品的使用价值。因此散热技术已经成为了电子器件生产制造的核心技术之一。电子器件的冷却主要有两种方式。分别为自然对流与强制对流。其中强制对流技术是利用风扇吹风将电子器件产生的热量带走，因此适用于电子元件的功率较大的情形。自然对流技术是通过空气自然对流与热辐射的方式带走电子器件所产生的热量，与主动对流的方式相比，自然对流因为不需要外加风扇，无运转部件，因此具有能耗低，噪声小，可靠性高等特点，适用于发热功率较低的电子器件。自然对流，是没有外界驱动力(如风扇驱动)但空气依然存在运动的情况，引起空气这种运动的内在力量是温度差。自然对流强度的大小取决于工件的放置方式与位置。目前大多吊顶安装室内通信设备以及吊装LED灯的散热器都是水平放置，而现有水平放置的电子设备散热器大多采用平直翅片结构，由于热边界层沿翅片表面发展，使得翅片散热器的散热功率受到限制。高效率自然冷却散热器一般要求散热面积大、导热能力强、流动阻力小，以及重量轻、体积小，然而这些因素往往相互矛盾，因此通过散热器材料和结构的优化来提升散热效率成为长期的挑战。金属泡沫是随着发泡和化学沉积等材料制备技术的发展而出现的一类新颖多孔性材料，由金属杆件相互连接而构成的三维网状结构，其孔隙尺寸可被制成从几十尺寸到几毫米，孔隙率高达0.85-0.98。该材料具有比表面积大、孔隙率高、表面对流换热系数大等优点，是一种优良的散热介质，尤其适用于体积小、重量轻的紧凑式散热器。然而，其高比表面积导致流动阻力较大，高孔隙率导致有效热导率较小，使得其散热效率受到限制。
技术实现思路
本技术的目的在于弥补传统电子器件散热器存在的不足，提出一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，该金属泡沫散热器克服了其导热能力不足和流动阻力较大的缺点，具有结构紧凑、重量轻、散热效率高等优点，市场应用前景广阔。本技术所采用的技术方案是：一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，包括与电子发热设备相接触的基板、固结在基板上的若干翅片，每个翅片的两侧均设置有与翅片大小相当的金属泡沫块，相邻金属泡沫块之间设有缝隙。所述的金属泡沫块的孔密度为5-20PPI(每英寸孔数目)、孔隙率为0.85-0.95。所述的金属泡沫块侧面通过钎焊或采用高导热率粘胶连接到翅片上，金属泡沫块底面与基板接触或粘接。所述的翅片与基板通过钎焊、烧结或一体成型固定。所述的翅片为直翅片或径向翅片。所述的基板和翅片采用高热导率金属材料制成，高热导率金属材料选自铝或铜。所述的金属泡沫块的材料为铜、铝或镍。所述的缝隙的截面形状为矩形、三角形、梯形或U形。相对于现有技术，本技术具有以下优点：本技术散热器包括放置在电子器件上的散热板，固结在散热板上的翅片，翅片两侧的多孔金属泡沫层，以及泡沫层之间的开缝(空气通道)。利用了金属泡沫散热面积大和表面对流换热系数高的优点，采用导热翅片促进热量从基板传递至泡沫骨架，通过泡沫开缝增大空气进入通量，使得热量与冷却流体在泡沫内部充分接触，热量交换为自然对流，无需外部风扇等驱动设备，从而实现高效散热。该散热装置能够替代传统散热装置，具有散热效率高，重量轻，可靠性强等特点，可用于电子器件的散热，特别是LED芯片及其他发热元件的冷却。利用多孔金属泡沫散热表面积大和表面对流换热系数高的优势，同时克服了其导热能力不足和流动阻力较大的缺点，具有结构紧凑、重量轻、散热效率高等优点，市场前景广阔。【附图说明】图1适用于电子设备自然冷却的金属泡沫散热器示意图。图2金属泡沫孔隙微观结构。图3本技术散热器与传统翅片散热器性能的试验数据对比。图中，1.翅片；2.缝隙；3.基板；4.金属泡沫块。【具体实施方式】下面结合附图，对本技术的具体实施方式进行详细阐述，但在本技术的描述中，需要理解的是，本技术所描述的实施例是示例性的，描述中所出现的具体参数仅是为了便于描述本技术，而不能理解为对本技术的限制。如图1所示，一种用于电子发热器件的翅片强化金属泡沫的散热器，适用于水平放置电子设备的自然冷却散热器，包括与电子器件相接触基板3，固结在基板3上的翅片1以及翅片1两侧的多孔金属泡沫4，两相邻泡沫块4之间开有缝隙2。多孔金属泡沫块4烧结在翅片1上。该散热器本身不加装任何强制对流装置，完全依赖空气自然对流进行散热，翅片1和金属泡沫块4位于散热板的上半部分，而发热电子设备至于散热板的另一端。发热元件产生的热量经过散热板传递给翅片后，再传递给金属泡沫，并最终被冷却空气带走。常温冷却空气从散热器缝隙横向进入到散热器内，随后渗入到金属泡沫孔隙之中，由于受热密度变小，在浮升力的作用下最终从散热器上部流出，从而将热量散发出去。基板3和翅片1采用高热导率金属材料制成，如铝、铜等。金属泡沫可由多种基体金属制备得到，如泡沫铜、铝、镍等。金属泡沫通过钎焊或采用高导热率粘胶连接到翅片和基板上，以避免接触热阻。见图2，金属泡沫的比表面积大，其杆状骨架具有很高的表面对流换热系数，因此大大提高了散热器的换热效率，冷却效果更好。见图3，自然对流实验数据表明，与最优参数传统翅片散热器相比，本技术提出的翅片-泡沫散热器在相同的温差(基板与环境温度之间温差)下的对流换热系数得到明显提升，在温差不太高的情况下尤为显著。本技术原理为：采用多孔金属材料作为强化自然对流散热的载体。金属泡沫是一种多孔介质材料，具有微观支架结构，孔隙率高，比表面积大，流体通过金属泡沫时类似于圆柱绕流，冷热流体的掺混激烈，因此具有很高的表面对流换热系数。为弥补金属泡沫高孔隙率导致的导热系数较低的不足，本技术通过在泡沫内插入导热翅片，将基板热量通过翅片传导至金属泡沫骨架，从而使得热量在散热器结构内充分扩散。同时，由于金属泡沫的流动阻力较大，外部空气难于进入到泡沫内部，使得其散热效率受到限制。为此，本技术通过开缝加强空气流动，促进冷却空气进入泡沫体内与热量充分接触。本技术除了上述实施例中的矩形截面开缝形式，本技术提出的翅片强化开缝金属泡沫散热器中开缝截面形状还可有其它多种类型，例如三角形、梯形、U形等，只要涉及到采用翅片插入到泡沫增强导热，且通过开缝增大空气进入通量，无论翅片和开缝截面的形状如何，无论金属泡沫块体与翅片和基板的连接方式如何，如钎焊、烧结、一体成型等；无论散热器中翅片布置方式如何，如直翅片、径向翅片等，都在本专利保护范围之内，均落在本技术的保护范围之内。以上，仅为本技术的较佳实施例，并非仅限于本技术的实施范围，凡依本技术专利范围的内容所做的等效变化和修饰，都应为本技术的技术范畴。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，其特征在于，包括与电子发热设备相接触的基板(3)、固结在基板(3)上的若干翅片(1)，每个翅片(1)的两侧均设置有金属泡沫块(4)，相邻金属泡沫块(4)之间设有缝隙(2)。

【技术特征摘要】
1.一种用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，其特征在于，包括与电子发热设备相接触的基板(3)、固结在基板(3)上的若干翅片(1)，每个翅片(1)的两侧均设置有金属泡沫块(4)，相邻金属泡沫块(4)之间设有缝隙(2)。2.根据权利要求1所述的用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，其特征在于，所述的金属泡沫块(4)的材料为铜、铝或镍。3.根据权利要求1所述的用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，其特征在于，所述的金属泡沫块(4)的孔密度为5-20PPI、孔隙率为0.85-0.95。4.根据权利要求1所述的用于电子发热设备自然冷却的金属泡沫散热器，其特征在于，所述的金属泡沫块(4)侧面通过钎焊或采用高...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯上升，史萌，扈晓程，孙山有铭，卢天健，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61