散热设备制造技术

本公开的各实施例涉及一种散热设备，包括：蒸发器腔室，至少部分地填充有在被热源加热时要被蒸发的工作流体；至少一个冷凝器腔室，用于接收所蒸发的工作流体，并且用于冷凝所蒸发的工作流体，其中冷凝器腔室以流体传导方式与蒸发器腔室互连；以及至少一个空气散热片元件，被互连在冷凝器腔室与散热设备的侧壁和另一冷凝器腔室中的一个之间；其中空气散热片元件具有提供空气散热片的三重周期性表面。片元件具有提供空气散热片的三重周期性表面。片元件具有提供空气散热片的三重周期性表面。

【技术实现步骤摘要】
散热设备


[0001]本专利技术涉及一种散热设备。

技术介绍

[0002]在安装半导体设备的电器中，在操作设备期间产生大量热能，这由于物理效应是不可避免的。为了维持设备的良好操作温度水平，需要高效冷却。
[0003]蒸气腔室技术用于增强至空气或水等冷却媒体的热传递，这是由于与现有技术散热器相比热传递区域的更有效利用。在通过最小设计努力和初始几何形状变化的一些情况下，基于蒸气腔室的散热器能够用于改进现有技术金属散热器。此例如通过将2D蒸气腔室接合到标准空气散热片堆叠或通过将金属薄片接合到蒸气腔室来完成。标准2D蒸气腔室包括空气散热片堆叠、蒸气腔室蒸发器和蒸发腔室盖。
[0004]蒸气腔室具有相对于金属散热器减小热阻的潜力，前提是热源的面积小于基板面积，以使得存在热扩散的空间。
[0005]存在涉及蒸气腔室的多种应用，比如计算机CPU或图形卡冷却、军队、电信应用、刀片服务器、汽车、航电设备、宇宙飞船、LED热管理和医学应用。针对这些应用，冷却需求的常用范围多达数百瓦特。
[0006]在具有散热器的相同几何形状的电力电子冷却情况下增加热损失(kW范围内)可能需要高级系统，该高级系统超出简单蒸气腔室的限制。因此，在风冷蒸气腔室的情况下，提高由空气侧主导的最不利热阻是根本。
[0007]第一选项涉及通过利用更有效的空气散热片在冷凝器侧热传递的增强。市场上已可用的是笔直/薄片空气散热片。这些结构的热性能非常有限，并且未优化考虑可用容量的热传递区域的增大。百叶散热片是非常成熟且已知的技术，但尚不可易于用于蒸气腔室散热器。
[0008]第二选项涉及通过连接通常安装和包括于散热片组中的热管或其他蒸气腔室在冷凝器处热传递的增强。这些方案有时被分别称作2.5
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D蒸气腔室和3D蒸气腔室。通过这些设计，通过更高热负载耗散能力增大内部流体量，并且提高散热片效率。然而，用作空气散热片的元件的热传递系数限制保持。
[0009]通过3D蒸气腔室，还需要使用一些机械元件(例如支柱)来接合冷凝器的两个表面以在操作期间承受内部流体压力。使用这些元件增加制造成本且限制蒸气流的可用空间。
[0010]US 9,440,216 B2公开了一种最小化表面(minimal surface)面积质量和热传递封装。为了提高质量和/或热传递，提供三重周期性最小化表面。设备被设计来使流体循环且不能够承受高内部压力。
[0011]FR 2 664 033 A1(D1)描述了一种风冷蒸发器和冷凝器装置，其包括具有带散热片布置的散热板，其结合散热板形成冷却单元的隔离蒸发腔室的部分。腔室容纳可以将其相从液体改变到气体的可沸腾流体(boilable fluid)。被定位在隔离腔室上方且与隔离腔室连续的是冷凝腔室，包括多个管状通道，其外部部分带散热片以易于去除热量。热量可以
经由散热板传递以导致腔室内的流体的沸腾，其蒸气在冷却单元的上部中冷凝，从而作为流体返回到腔室。
[0012]US 2019/069444 A1(D2)描述了一种相变蒸发器，其包括蒸发器本体、传导底板、以及多个散热片。蒸发器本体被安装在传导底板的顶面上。多个散热片与未被蒸发器本体占据的传导底板的顶面和蒸发器本体的顶部导电连接。蒸发器本体具有空间、冷却剂出口和冷却剂入口。空间被限定在蒸发器本体内部。冷却剂出口经由蒸发器本体的顶壁形成，并且与蒸发器本体内部的空间连通。冷却剂入口经由蒸发器本体的侧壁形成，并且与蒸发器本体内部的空间连通。
[0013]US 2008/149299 A1(D3)描述了一种包括最小化表面的热交换器组件。最小化表面可以是三重周期性的。
[0014]US 2018/187984 A1(D4)描述了一种热交换器组件，包括被围封在壳体内的旁路核心、被布置在接近核心输入的离心机、以及接近核心输出的二次混合器。核心展现核心的线性轴线附近的更小直径单元，以及核心截面周界附近的更大直径单元。改变单位单元直径及因此通道截面可以通过操纵表征单位单元的晶格参数来实现。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目标是产生一种具有改进的热传递能力和/或改进的机械强度的散热设备。
[0016]此目标是通过独立权利要求的主题来实现。其他示例性实施例从附属权利要求和以下描述显而易见。
[0017]本专利技术涉及一种可以用于冷却半导体设备的散热设备和/或蒸气腔室。散热设备具有使用三重周期性表面(特别是最小表面)的空气散热片元件中的空气散热片的新型设计。空气散热片元件可以最大化经由散热设备循环的冷却气流的热传递速率，并且最小化气压降。此外，空气散热片元件可以增大散热设备中的冷凝器腔室的布置的机械强度。
[0018]根据本专利技术的实施例，散热设备包括：蒸发器腔室，至少部分地填充有在被热源(诸如半导体设备)加热时要被蒸发的工作流体填充；以及至少一个冷凝器腔室，用于接收蒸发的工作流体且用于冷凝蒸发的工作流体，其中冷凝器腔室以流体传导方式与蒸发器腔室互连。散热设备可以包括多个冷凝器腔室。一个或多个冷凝器腔室可以与蒸发器腔室正交地对准。蒸发器腔室和/或一个或多个冷凝器腔室可以具有大体上长方体。蒸发器腔室和/或一个或多个冷凝器腔室可以具有内部空腔，工作流体在该内部空腔中循环。内部空腔可以彼此连接以实现流体交换。
[0019]根据本专利技术的实施例，散热设备还包括至少一个空气散热片元件，该空气散热片元件在冷凝器腔室与散热设备的侧壁和另一冷凝器腔室中的一个之间互连。空气散热片元件可以具有提供空气散热片的三重周期性表面。
[0020]空气散热片元件可以在两个相邻冷凝器腔室之间和/或散热设备的冷凝器腔室与相邻侧壁之间被提供。散热设备可以包括超过一个空气散热片元件。一般来说，空气散热片元件可以在散热设备的两个壁(诸如冷凝器腔室的壁和侧壁或两个冷凝器腔室壁)之间被提供。空气散热片元件可以在两个这种壁之间的长方体空间中延伸。
[0021]空气散热片元件由三重周期性表面构成。三重周期性可以意指表面由均等成形的
基本单元构成。基本单元可以在每个空间方向上重复。应当理解的是，由三重周期性表面提供的空气散热片将具有厚度，然而，该厚度将比空气散热片之间的空隙大体上更薄。换言之，针对空气散热片元件，三重周期性表面在制造时具有厚度。
[0022]根据本专利技术的实施例，超过一种类型的三重周期性表面可以被附接到一个或多个冷凝器腔室。不同类型的三重周期性表面可以用于不同空气散热片元件。
[0023]根据本专利技术的实施例，三重周期性表面为最小化表面。最小化表面为在具有最小面积的曲线之间延伸的表面。此最小化表面在用作空气散热片时具有鉴于热传递的优势。
[0024]根据本专利技术的实施例，三重周期性最小化表面为施瓦茨基元(P)三重周期性最小化表面、施瓦茨菱形(D)三重周期性最小化表面和/或倒转轴三重周期性最小化表面。然而，三重周期性表面可以是在可选地组合缩放的秩3平移晶格下不变的任何表面。
[0025]施瓦茨最小化表本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种散热设备(10)，包括：蒸发器腔室(14)，所述蒸发器腔室(14)至少部分地填充有在被热源(12)加热时要被蒸发的工作流体(24)；至少一个冷凝器腔室(16)，用于接收所蒸发的工作流体(24)，并且用于冷凝所蒸发的工作流体(24)，其中所述冷凝器腔室(16)以流体传导方式与所述蒸发器腔室(14)互连；以及至少一个空气散热片元件(18、18
’
)，被互连在所述冷凝器腔室(16)与所述散热设备(10)的侧壁(20)和另一冷凝器腔室(16)中的一个之间；其中所述空气散热片元件(18、18
’
)具有提供空气散热片(19)的三重周期性表面，其中所述三重周期性表面具有沿至少一个给定轴线的缩放梯度，基本单元(32)的大小沿所述给定轴线变化，所述三重周期性表面由所述基本单元(32)构成，并且其中所述基本单元(32)的缩放沿气流方向(30)减小。2.根据权利要求1所述的散热设备(10)，其中所述三重周期性表面是最小化表面。3.根据权利要求1或2所述的散热设备(10)，其中所述三重周期性最小化表面为施瓦茨基元(P)三重周期性最小化表面、施瓦茨菱形(D)三重周期性最小化表面、和/或倒转轴三重周期性最小化表面。4.根据前述权利要求中的任一项所述的散热设备(10)，其中最大缩放是在空气入口侧(37a)处被提供，并且最小缩放是在空气出口侧(37b)处被提供。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的散热设备(10)，其中基本单元(32)的缩放沿在所述冷凝器腔室(16)与所述散热设备(10)的侧壁(20)和另一冷凝器腔室(16)中的一个之间的方向减小。6.根据前述权利要求中的任一项所述的散热设备(10)，其中所述空气散热片元件(18、18
’
)的所述三重周期性表面与所述冷凝器腔室(16)的冷凝器腔室壁(21)和所述散热设备(...

【专利技术属性】
技术研发人员：达尼埃莱，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：