一种环路热管用蒸发器及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种环路热管用蒸发器，包含底板和上盖板，底板和上盖板焊接连接；所述的蒸发器为平板式蒸发器；所述的铜和镍双层烧结型吸液芯设置在底板上部；所述的吸液芯为铜和镍双层烧结型吸液芯，成品分为上下两层，上层为镍层。本发明专利技术的蒸发器具有设计制造简单、结构紧凑、成本低廉等特点，通过强化传热和控制热泄漏来提升环路热管的冷却能力，适用于高耗散功率的电子芯片的冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及蒸发器
，具体地说，是一种环路热管用蒸发器及其应用。
技术介绍
随着电于技术的发展，芯片的散热问题已经显得尤为突出。目前，传统电子芯片冷却中最为常用的是由肋片及风扇组成的强制对流风冷系统。这种冷却方式的能力极其有限，最大仅能提供lW/cm2的传热能力，而当前的近200W的耗散功率已达风冷散热的极限。为了保证芯片的工作稳定性、可靠性，减少计算出错率，使芯片工作在一个理想的温度范围内，一直是芯片热设计领域的研究热点和难题。环路热管具有结构紧凑简单、散热能力强、安全稳定且价格低廉等优点，它继承了传统热管利用吸液芯的抽吸力来实现冷却介质的自动循环这一优点，因此不需要额外加装泵来维持冷却介质循环。目前困扰着环路热管发展的最大问题仍然集中在环路热管蒸发器内部结构设计和吸液芯材料的选取。首先，蒸发区内部蒸汽排出凹槽与凸起部分的分布设计问题。设计时，希望获得较宽的蒸汽排出凹槽以降低蒸汽排出时的阻力损失，同时也希望凸起部分面积较大以快速将底板热量传导至吸液芯表面。但是实际应用中，受制于空间的大小，两者不可兼顾。为了解决该问题，蒸发区的蒸汽排出凹槽与凸起部分两者之间的分布设计必须获得一个最优的投影面积匹配，从而获得较优的热量从底板传导至吸液芯表面的速度和蒸汽排出的效率。其次，吸液芯材料的选取存在着极大的矛盾。采用导热系数高的材料制造吸液芯可以获得较低的热阻提升蒸发区的传热性能，但却增加了储液区的热泄露，降低了启动速度和极限热功率。反之，采用导热系数低的材料制造吸液芯可以抑制储液区的热泄露，使吸液芯两侧获得较高的温差，实现快速启动，但是却增加了蒸发区的热阻，降低了蒸发区的传热性能。因此如何在导热系数高和低的材料中选择适宜材料制造吸液芯一直困扰着设计者。为了解决该问题，提出了各自厚度可控的铜和镍双层烧结型吸液芯来解决这一矛盾，将铜吸液芯层放置在蒸发器一侧，镍吸液芯层放置在储液区一侧，既可以获得高效的蒸发且强化了传热，又可以抑制热泄漏。至于两层吸液芯之间的合适厚度比，可以通过实验来获得 一个理想的结果。此外，吸液芯与蒸发器配合也对散热性能有很大的影响。吸液芯与蒸发器底板要实现一体化烧结，尽可能降低两者之间的接触热阻，同时吸液芯与蒸发器上盖板之间要紧密配合，防止出现高压蒸汽通过两者之间的配合间隙直接回流到储液槽内部。本蒸发器通过上述提出的三项新设计，可以明显强化蒸发区的传热性能，同时大幅度地抑制热泄漏，使整个环路热管散热器性能有了显著地提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种环路热管用蒸发器及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种环路热管用蒸发器，包含底板和上盖板，底板和上盖板焊接连接；其特征在于，所述的蒸发器为平板式蒸发器；所述的铜和镍双层烧结型吸液芯设置在底板上部。所述的加热底板的材料采用导热能力较高的紫铜，以减小热阻，使底板的热量快速传导至吸液芯表面；所述的上盖板的材料采用黄铜，以减小蒸发器壁面的热泄漏，同时又能够使底板和上盖板焊接连接；所述的底板上切割出蒸汽排出凹槽，使蒸汽排出凹槽的总面积和凸起部分的总面积比为I : I时，可以保证热量及时传递到吸液芯底部，又具有足够的空间方便蒸汽排出；所述的铜和镍双层烧结型吸液芯设置在底板上部，与底板采用一体式烧结，起到降低热阻提高蒸发区传热效率的作用，铜和镍双层烧结型吸液芯在不锈钢模具中烧结而成，为了方便脱模，模具边上设有I度的拔模斜度，因此吸液芯侧边同样也具有I度的斜度。上盖板与吸液芯配合处做出斜度为I度的倾斜面来配合所制造的吸液芯，以防止高压蒸汽回流的现象的出现。吸液芯为铜和镍双层烧结型吸液芯，成品分为上下两层，且各自的厚度可以分别控制，上层为镍层，孔穴较小(5 10 μ m)，起到控制热泄漏和提供较高的毛细压力极限的作用，下层为铜层，孔穴较大(18 20 μ m)，整个吸液芯的孔隙率约为60%。演示实验证实，当铜层和镍层的厚度比为2 3时，蒸发器能够达到最优的启动速度和最高的极限功率。一种环路热管用蒸发器通过蒸汽排出管道以及液体回流管道与翅片式冷凝器形成一个环路。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是本专利技术涉及一种环路热管用蒸发器，本蒸发器具有设计制造简单、结构紧凑、成本低廉等特点，通过强化传热和控制热泄漏来提升环路热管的冷却能力，适用于高耗散功率的电子芯片的冷却。附图说明图I为环路热管用蒸发器的结构示意图；图2A为加热底板的俯视图；图2B为加热底板的侧视图；图3为蒸发器装配图；图4为整个环路热管系统图。其中，I加热底板，2蒸汽排出槽，3铜和镍双层烧结型吸液芯，4蒸发器蒸汽出口，5上盖板，6蒸发器冷凝液体入口，7小O型圈，8蒸汽排出管道，9液体回流管道，10翅片式冷凝器。具体实施方式以下提供本专利技术环路热管用蒸发器及其应用的具体实施方式。实施例I将安装焊接完毕的环路热管用蒸发器通过蒸汽排出管道以及液体回流管道与翅片式冷凝器形成一个环路。即形成了环路热管散热系统进行性能测试。该蒸发器加热底板采用紫铜，具体实施前制造出5个凹槽的总面积和凸起部分总面积比分别为I : 1、2 1、1 : 2、3 : I和I : 3的加热底板。进行试验并发现，当凹槽总面积大于凸起总面积的情况下，加热底板的温度明显较另外三种情况高(相同加热功率的前提下)，这是由于热量大量堆积在加热表面形成的。反之，当凸起总面积大于凹槽总面积的情况下，在较高的加热功率下，加热表面的温度出现较大幅度的波动，尤其是当面积比为3 I时，这说明高功率下蒸发器中的局部阻力损失过大，造成蒸汽排出不畅，导致温度大幅度波动。综合上述5种情况，得出凹槽的总面积和凸起部分总面积比分别为I : I时，温度波动最小，冷却能力最强。另外，还制造了 5个不同的烧结型吸液芯(吸液芯总厚度为5毫米)，分别是镍层厚度为5毫米、4毫米、3毫米、2毫米和I毫米。相应地，铜层厚度为O毫米、I毫米、2毫米、 3毫米和4毫米。进行试验并发现，镍层厚度分别为4毫米和3毫米的情况下，他们的底板温度均低于镍层厚度为5毫米的吸液芯，这是因为铜层强化了蒸发区的传热性能，而镍层为2毫米和I毫米的情况下，热泄漏依旧比较严重，极限加热功率均低于其他三种情况。此夕卜，镍层厚度为3毫米综合性能最好。因此，当铜和镍层的厚度比例为2 3时，蒸发器散热效率达到最闻。实际应用中，整个环路热管散热系统的大小可以根据电子芯片的实际尺寸进行修改。结合附图给出本专利技术专利技术的实施例子，以详细说明本专利技术的技术方案。如图I环路热管用蒸发器所示，蒸发器主要由加热底板I、铜镍双层吸液芯3和上盖板5三部分组成。在蒸发器内部设置了蒸汽排出凹槽，方便从蒸发器蒸汽出口 4排出，还放置了铜与镍厚度比例为2 3的双层烧结型吸液芯，此外吸液芯与加热底板进行了一体化烧结以获得更低的热阻。如图2A，2B蒸发器加热底板所示，为了方便形成的蒸汽后排出，加热底板上线切割多条平行蒸汽凹槽2，突出的部分支撑吸液芯并将热量传导至吸液芯铜表面，而凹槽则为蒸汽的排出提供了通道。底板下方内部设置了一个阶梯的台阶，这是为了减小蒸发器底部的壁厚，使电子芯片更加贴近蒸发区。在上盖板的上端蒸发器冷凝液体入口 6。如图3蒸发器装配图所示，吸液芯被固定在上盖板和加热底板之间(吸液芯铜一侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环路热管用蒸发器，包含底板和上盖板，底板和上盖板焊接连接；其特征在于，所述的蒸发器为平板式蒸发器；所述的铜和镍双层烧结型吸液芯设置在底板上部。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张莉，许佳寅，徐宏，钟杰，徐鹏，冯缘，曾文亮，吴松，朱成祥，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：