一种增加性能的相变传热翅片散热器及制备方法技术

本发明专利技术公开一种增加性能的相变传热翅片散热器及制备方法，包括：散热基板，所述散热基板用于设置在半导体功率器件上；相变传热翅片，所述相变传热翅片设于散热基板上，且，所述相变传热翅片包括：密闭平板微通道，所述密闭平板微通道的内部设为1.0

【技术实现步骤摘要】
一种增加性能的相变传热翅片散热器及制备方法


[0001]本专利技术涉及散热器
，特别涉及一种增加性能的相变传热翅片散热器及制备方法。

技术介绍

[0002]伴随着通讯、新能源、轨道交通、智能电网、医疗设备等大功率半导体器件市场需求的不断增加，GTO、MCT、IGBT等大功率半导体器件得到迅猛地发展。所以我们要面对这样一个散热需求现状：
①
大功率半导体器件的封装密度不断地提高，其热流密度不断地增大；
②
由于大功率半导体器件性能的不断提升，其发热损耗越来越高；
③
大功率半导体器件已经渗透到各个领域，其应用环境不断扩大，所使用的热环境差异很大。大功率半导体器件的这些发展趋势使得电子设备过热的问题变得越来越突出；
[0003]因此，当大功率半导体器件高功耗或高热流密度运行时，由于常规强制风冷散热器的导热系数一般只有90～220W/m.K；散热器基板与大功率半导体器件热源接触周围区域，形成高温度区域，并以热源为中心向周围通过传导传递热量，从而形成较高的温度梯度；这样越靠近热源温度越高，越远离热源温度越低，温度分布非常不均匀，从而致使散热器基板高温度区域翅片的温度较高，当空气流过时，形成较大温差，远离高温度区域翅片的温度较低，翅片与空气温差较低，换热效率较低；翅片的换热效率越低，且体积和重量大幅提升，所以翅片高度一般≤85mm；只有通过减小翅片间距来增加散热器换热面积，以满足散热需求，这样会使散热器流阻大幅增加。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种增加性能的相变传热翅片散热器，为了解决常规强制风冷散热器在强制对流应用中热量分布很不均匀，高温区主要集中在基板热源部区域，且翅片热交换效率不高，温差较大等问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术技术方案如下：
[0006]一种增加性能的相变传热翅片散热器，包括：
[0007]散热基板，所述散热基板用于设置在半导体功率器件上；
[0008]相变传热翅片，所述相变传热翅片设于散热基板上，且，所述相变传热翅片包括：密闭平板微通道，所述密闭平板微通道的内部设为1.0
×
(10
‑
2～10
‑
3)Pa的负压，且，内设工作液；所述密闭平板微通道靠近散热基板的区域设为蒸发端；
[0009]换热翅片，所述换热翅片设在散热基板和相变换热翅片上，所述换热翅片材料设为导热系数130～220W/m.K的铝合金材料，所述密闭平板微通道靠近换热翅片的区域设为冷凝端；
[0010]其中，所述散热基板上的半导体功率器件产生的热量时，由蒸发端内的液体气化传递热量，由冷凝端进行将气体液化放出热量，并形成一可循环的均温传递，且由换热翅片进行高效的热量交换。
[0011]可选的，所述散热基板设为相变基板或实体基板，所述实体基板采用导热系数为130～220W/m.K的铝合金材料；所述相变基板通过工质相变传热，其中，所述相变基板包括壳体，所述壳体的内表面烧结毛细结构层，所述壳体的内表面生成结构加强柱、结构支撑台阶，所述壳体上还设有蒸汽空腔及结构锁固孔。
[0012]可选的，所述相变基板还包括结构盖板，所述结构盖板采用真空钎焊或气氛钎焊在壳体上，且，所述结构加强柱上表面与所述结构支撑台阶面等高，共同构成焊接面。
[0013]可选的，所述密闭平板微通道的管道设为复合超导平板热管，且，所述复合超导平板热管包括：等距折弯复合超导平板热管、非等距折弯复合超导平板热管；
[0014]所述复合超导平板热管内表面设有结构加强筋，结构加强筋间距为10.0mm～50.0mm，结构加强筋宽度0.3mm～5.0mm。
[0015]可选的，所述等距折弯复合超导平板热管的间距P设为5～25mm，所述等距折弯复合超导平板热管的水平长度为L＝n*P(n≥3)，所述等距折弯复合超导平板热管的厚度为2.0～5.0mm，所述等距折弯复合超导平板热管高度H为50～400mm。
[0016]可选的，所述非等距折弯复合超导平板热管，根据对应散热基板表面热流密度的高低调整平板热管的间距；
[0017]其中，高热流密度区域间距设为P2，低热流密度区域间距设为P1，所述P1设为5～20mm，所述P2设为15～30mm，所述非等距折弯复合超导平板热管的水平长度L＝n1*P1+n2*P2，所述非等距折弯复合超导平板热管的厚度为2.0～5.0mm，所述非等距折弯复合超导平板热管高度H为50～400mm，所述非等距折弯复合超导平板热管的宽度一般为30～200mm。
[0018]可选的，所述复合超导平板热管内表面设有内凹空穴毛细结构，所述内凹空穴毛细结构间距为1.0mm～10.0mm。
[0019]可选的，所述内凹空穴毛细结构内表面设有喇叭槽，其中，所述喇叭槽θ角设为30
°
～60
°
，所述喇叭槽表面开口宽度d为0.2mm～3.0mm，所述喇叭槽设有内凹矩形槽，其长度l为1.0mm～5.0mm，所述内凹矩形槽厚度h为0.3mm～2.0mm。
[0020]可选的，所述相变传热翅片还包括复合毛细结构，所述复合毛细结构为冷凝液体回流至蒸发端，提供毛细力。
[0021]一种增加性能的相变传热翅片散热器的制备方法，包括：
[0022]通过NC加工，压铸或冷锻、热锻加工散热器基板壳体外形，并与结构盖板盖板成形基板腔体，相变基板上设结构支撑台阶、结构加强柱和结构锁固孔；
[0023]通过真空钎焊等焊接密封工艺与结构盖板焊接，通过焊接好的工艺尾管进行散热器密封壳体的密封测试，利用氦质谱检漏设备进行检漏，氦检漏压力600
±
50Kpa，时间60～90s，判定标准<1.0*10
‑
7mbar.l/s；
[0024]通过工艺尾管对密封壳体抽真空，真空度要求<10Pa；再通过工艺尾管注入相变工质，工质的质量根据毛细结构厚度及蒸汽空腔体、热输送量进行计算；
[0025]利用封口工装将工艺尾管封口，并用TIG、大功率激光或电子束焊接将封口点熔融封口，整形，NC加工外表面；
[0026]通过铝挤成型工艺加工相变传热翅片，根据计算好的下料尺寸裁切相变传热翅片，超声波清洗、烘干，通过机械封口装置将相变传热翅片一端进行机械封口；抽真空，真空度要求<1*10
‑
3Pa，并注入相变工质；
[0027]再二次抽真空，真空度要求<10Pa，达到要求真空度后通过封口装置进行机械封口，之后通过TIG、大功率激光或电子束焊接将封机械封口端，进行熔融封口；
[0028]相变传热翅片散热器的制作，通过导热结构胶将换热翅片与相变传热翅片及实体或相变基板焊接在一起，为了提升换热面积，相变传热翅片之间间距为3.0～20.0mm。
[0029]采用本专利技术的技术方案，具有以下有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增加性能的相变传热翅片散热器，包括：散热基板，所述散热基板用于设置在半导体功率器件上；相变传热翅片，所述相变传热翅片设于散热基板上，且，所述相变传热翅片包括：密闭平板微通道，所述密闭平板微通道的内部设为1.0
×
(10
‑2～10
‑3)Pa的负压，且，内设工作液；所述密闭平板微通道靠近散热基板的区域设为蒸发端；换热翅片，所述换热翅片设在散热基板和相变换热翅片上，所述密闭平板微通道靠近换热翅片的区域设为冷凝端；其中，所述散热基板上的半导体功率器件产生的热量时，由蒸发端内的液体汽化传递热量，由冷凝端进行将汽体液化放出热量，并形成一可循环的均温传递，且由换热翅片进行高效的热量交换。2.根据权利要求1所述的增加性能的相变传热翅片散热器，其特征在于，所述散热基板设为相变基板或实体基板，所述实体基板采用导热系数为130～220W/m.K的铝合金材料；所述相变基板通过工质相变传热，其中，所述相变基板包括壳体，所述壳体的内表面烧结毛细结构层，所述壳体的内表面生成结构加强柱、结构支撑台阶，所述壳体上还设有蒸汽空腔及结构锁固孔。3.根据权利要求2所述的增加性能的相变传热翅片散热器，其特征在于，所述相变基板还包括结构盖板，所述结构盖板采用真空钎焊或气氛钎焊在壳体上，且，所述结构加强柱上表面与所述结构支撑台阶面等高，共同构成与盖板的焊接面。4.根据权利要求1所述的增加性能的相变传热翅片散热器，其特征在于，所述密闭平板微通道的管道设为复合超导平板热管，且，所述复合超导平板热管包括：等距折弯复合超导平板热管、非等距折弯复合超导平板热管；所述复合超导平板热管内表面设有结构加强筋，结构加强筋间距为10.0mm～50.0mm，结构加强筋宽度0.3mm～5.0mm。5.根据权利要求4所述的增加性能的相变传热翅片散热器，其特征在于，所述等距折弯复合超导平板热管的间距P设为5～25mm，所述等距折弯复合超导平板热管的水平长度为L＝n*P(n≥3)，所述等距折弯复合超导平板热管的厚度为2.0～5.0mm，所述等距折弯复合超导平板热管高度H为50～400mm。6.根据权利要求4所述的增加性能的相变传热翅片散热器，其特征在于，所述非等距折弯复合超导平板热管，根据对应散热基板表面热流密度的高低调整平板热管的间距；其中，高热流密度区域间距设为P2，低热流密度区域间距设为P1，所述P1设为5～20mm，所述P2设为15～30mm，所述非等距折弯复合超导平板热管的水平长度L＝n1*P1+n2*P2，所述非等距折弯复合超导平板热管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王庭磊，
申请(专利权)人：零壹热控技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：