專利名稱：一種cpu散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子器件散熱技術(shù)，尤其是采用熱管原理、主要由吸熱塊、熱管加肋片
和風(fēng)扇組成的、用于冷卻CPU的散熱器。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體集成電路晶體管數(shù)量的增加，器件的發(fā)熱量也隨著增加。當(dāng)前電腦CPU芯片
的發(fā)熱和散熱問題已經(jīng)成了計算機(jī)發(fā)展過程中的障礙，單純的鋁基翅片加風(fēng)扇結(jié)構(gòu)的散熱器
已經(jīng)滿足不了要求，熱管式散熱器都普遍被臺式電腦CPU散熱器采用了 。
目前臺式電腦CPU散熱器的基本問題有尺寸龐大，笨重，散熱量不高，價格高。如華 碩V-NARDO散熱器的體積為90 (L) X98 (W) X 101 (H) mm，凈重0. 52Kg，價格高達(dá)40() 多元人民幣。這些問題阻礙了熱管式散熱器在臺式電腦中更廣泛的應(yīng)用。這些問題的產(chǎn)生， 是由于設(shè)計不合理，表現(xiàn)出傳熱原理不清晰，制造加工工藝、工序更不合理，低效，成本高。
在散熱器所有傳熱過程中，空氣對流傳熱熱阻最大，現(xiàn)散熱器一味地增加肋片的尺寸和 數(shù)量，希望通過增加散熱面來提高散熱量，這樣不僅增大了散熱器的體積，還增加了成本造 價，而散熱量并沒有因此而得到有效地提高，有時反而還會降低，這是因為，散熱面積增加， 空氣流經(jīng)肋片的阻力也增加，從而導(dǎo)致空氣流量下降，使得流經(jīng)肋片的空氣溫度提高，流經(jīng) 散熱器的平均溫度和冷凝段管壁的溫度差下降，還有肋效率下降，這樣就影響了空氣對流傳 熱效果。
對于電腦CPU散熱器中所用的風(fēng)扇都是微型風(fēng)扇，風(fēng)壓非常低，如70X70mm,厚20mm 的軸流風(fēng)扇，轉(zhuǎn)速為3000RPM時的無阻力最大風(fēng)量為0.7mVmin，風(fēng)壓為2. 5mm水柱，當(dāng)肋 片密度和面積大、阻力大時，風(fēng)量將迅速下降。通過增大風(fēng)扇尺寸和空氣換熱器流通面積， 來解決風(fēng)量、散熱面積的問題，其結(jié)果是散熱器尺寸龐大，造價提高。由于電腦主板上散熱 器的安裝尺寸面積有限，為了滿足安裝要求，普遍采用了U型熱管，熱管折彎成U型，冷凝 段和蒸發(fā)段之間距離遠(yuǎn)，這不僅不利于熱管內(nèi)導(dǎo)熱，而且熱管的造價也提高了。
還有蒸發(fā)段和吸熱塊之間的傳熱不被重視，如采用錫焊，需要銅材，不僅吸熱塊造價高， 蒸發(fā)段只有一半的受熱面積；采用上下塊壓緊，由于上下塊之間有縫隙，因而也只有與下塊 的接觸面積才起作用，沒有發(fā)揮整個蒸發(fā)段內(nèi)的蒸發(fā)面。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型提供一種熱管式散熱器，強(qiáng)化空氣對流換熱，減小空氣對流換熱器(肋片部 分)尺寸，采用高風(fēng)壓風(fēng)扇，克服空氣換熱器緊湊化帶來的高風(fēng)阻，提高風(fēng)量，提高散熱量， 優(yōu)化整個散熱器的結(jié)構(gòu)，使之緊湊、小巧，成本造價也降低，減小散熱器在主板上的安裝尺 寸，便于各種電腦主板安裝。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是散熱器主要部件有吸熱塊、熱管、肋片和風(fēng)扇。 肋片為套片式，肋片設(shè)置在熱管的冷凝段上，熱管的蒸發(fā)段緊固在吸熱塊上，這和現(xiàn)熱管 式散熱器類似，本實用新型的特征在于吸管成L型， 一端為冷凝段，另一端為蒸發(fā)段， 冷凝段和蒸發(fā)段之間成80° 120°角；吸熱塊采用鋁或鋁合金制成，有嵌孔，熱管的蒸 發(fā)段嵌在嵌孔中；肋片采用了短肋形或波形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)，或片距為0.7至1.5mm的平板 肋；風(fēng)扇采用了離心式風(fēng)扇，或相鄰兩級的動葉轉(zhuǎn)向相反或之間設(shè)置有導(dǎo)向葉的多級軸流式風(fēng)扇。
現(xiàn)臺式電腦，主板都是垂直放置，CPU芯片的散熱面也就垂直，散熱器的吸熱塊也就垂
直放置。本實用新型的散熱器，安裝要求熱管的蒸發(fā)段垂直，冷凝段在上，這樣在熱管彎曲 段和蒸發(fā)段，熱管內(nèi)液態(tài)工質(zhì)回流能最大地利用重力作用。當(dāng)蒸發(fā)段和冷凝段的夾角大于
90°時，冷凝段內(nèi)液態(tài)工質(zhì)回流可利用重力作用；當(dāng)兩者夾角小于9(T時，熱管冷凝段內(nèi)液 態(tài)工質(zhì)回流必須依靠管內(nèi)的毛細(xì)管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的虹吸力，夾角越小，虹吸壓差要求越大，不利 于熱管內(nèi)導(dǎo)熱，同時，空間利用不緊湊，本實用新型取夾角不小于80° 。為盡可能利用重 力作用回流，設(shè)計時應(yīng)取夾角大于90。，但夾角太大，整體尺寸加大，結(jié)構(gòu)不緊湊，傾斜的 空氣換熱器可能與主板上的其它元件或部件產(chǎn)生干涉， 一般取10(T 110°為佳，最大不超 過120° 。如果芯片水平放置，則熱管蒸發(fā)段水平，冷凝段樹立，熱管完全處于重力回流狀 態(tài)。
雖然純銅比純鋁導(dǎo)熱系數(shù)高近1.7倍，但對于吸熱塊中的導(dǎo)熱，銅材和鋁材制成的吸熱 塊沒有明顯的區(qū)別。但是，銅的重量是鋁的3.2倍，單位重量銅的價格比鋁貴2倍多，因而 銅制的吸熱塊比鋁制的材料成本要多近6倍。另外，鋁加工成型要容易得多，采用擠制工藝， 擠制成橫截面與吸熱塊一致的長條型材(嵌孔也就是擠制成型)，再裁切成一塊塊的，稍作加 工則變成了吸熱塊，這樣的制造效率高，因而釆用鋁材制造吸熱塊，不僅原料成本低，而且 加工費(fèi)用也低。
短肋形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)，是肋片空氣對流強(qiáng)化傳熱最有效的結(jié)構(gòu)，分有叉列短肋形和百葉 窗短肋形，其基本特征是空氣流經(jīng)的表面被沖切成一段段不連續(xù)的表面，空氣每流經(jīng)一段 (短肋)，其上的邊界層都處在邊界層的起始段，使整個對流換熱表面充分利用了邊界層起始 段較薄、熱阻小、換熱系數(shù)高的有利特點(diǎn)。波形結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)化傳熱原理是在空氣流動方向上，肋片被加工成波形，空氣流經(jīng)波形 表面的凹面時會形成旋渦，在下游的凸面處會形成局部地區(qū)的流體脫離現(xiàn)象，這些現(xiàn)象都能 使傳熱得到強(qiáng)化提高。
空氣換熱器設(shè)計中還必須認(rèn)真考慮肋片之間的片距這一參數(shù)，依據(jù)實驗研究，空氣對流 換熱系數(shù)與片距的大致-0.7次方成正比，也就是說減小片距不僅可以增加肋片數(shù)量，即換熱 面積，還可以極大地提高空氣對流換熱系數(shù)。最佳片距應(yīng)低于1毫米，但在實際設(shè)計屮還要 考慮其它因素。對于平板肋片，片距應(yīng)該不大于1. 5毫米，考慮到生產(chǎn)工藝，以及塵埃聚集 污染的危險因素，片距不應(yīng)小于0.7毫米。對于采用了波形和短肋形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)的肋片， 片距應(yīng)該不小于0.7，不大于2.0毫米，短肋的寬度在2.0毫米左右。
肋片加密，采用強(qiáng)化換熱結(jié)構(gòu)，大大地提高了空氣流動阻力。單級軸流式風(fēng)扇風(fēng)壓不足， 克服不了肋片的空氣流動阻力，導(dǎo)致風(fēng)量急劇下降，已經(jīng)滿足不了要求。離心式風(fēng)扇，風(fēng)壓 高，能滿足以上要求。單級軸流式風(fēng)扇不行，可采用多級，但是不能簡單地將現(xiàn)兩個或多個 軸流式風(fēng)扇疊加在一起，這樣效果非常低。因為空氣經(jīng)過一級風(fēng)扇，被風(fēng)扇扇葉(此稱為動 葉)驅(qū)動，有軸向速度，還有周向速度，成螺旋流動，如果后一級風(fēng)扇動葉轉(zhuǎn)向相同，則進(jìn)
一步增大周向速度，即增大了螺旋流動，螺旋流動不利于提高風(fēng)壓、風(fēng)量。如果在兩級動葉 之間設(shè)置導(dǎo)向葉，空氣流經(jīng)導(dǎo)向葉，周向速度被消除，空氣的部分速度動能轉(zhuǎn)換成壓力勢能， 空氣流動方向更適合后一級動葉相對空氣的沖角，這種兩相鄰動葉之間設(shè)置導(dǎo)向葉的結(jié)構(gòu)， 是多級軸流式風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。采用另一種結(jié)構(gòu)，兩相鄰級動葉轉(zhuǎn)向相反，后一級 動葉不僅起著進(jìn)一步驅(qū)動空氣、向空氣提供動能的作用，還起著導(dǎo)向葉的作用，擴(kuò)壓，將動
能轉(zhuǎn)換成壓力勢能，消除周向速度和螺旋流動增長，有效提高風(fēng)扇的風(fēng)壓、風(fēng)量，有利于提 高散熱量o
綜上所述，本實用新型將使散熱器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，安裝面積減小，材料成本和制 造成本下降，散熱量得到有效提高。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖l、 3是本實用新型的特征剖面示意圖。
圖2、 4、 5是吸熱塊橫截面特征剖面示意圖。
圖6是套片式結(jié)構(gòu)空氣換熱器特征剖面示意圖。
圖7是叉列短肋形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)肋片的特征示意圖。
圖8是圖7中A-A剖視圖。
圖9是百葉窗短肋形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)肋片的特征示意圖。 圖10是圖9中B-B剖視圖。
圖11是波形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)肋片的特征剖面示意圖。
圖中，1、吸熱塊，2、熱管，3、冷凝段，4、肋片，5、風(fēng)扇，6、蒸發(fā)段，7、嵌孔，8、 導(dǎo)向葉，9、動葉，10、底塊，11、壓塊。
具體實施方式

圖1所示的散熱器，風(fēng)扇(5)為離心式風(fēng)扇，熱管(2)彎折成L型，冷凝段(3)和蒸 發(fā)段(6)成90°角。圖2示出了其吸熱塊(1)的橫截面圖，熱管(2)的蒸發(fā)段(6)鑲嵌 在吸熱塊(1)的嵌孔(7)中。設(shè)計時要盡可能減小蒸發(fā)段(6)和冷凝段(3)之間的距離， 圖中僅為熱管(1)的彎曲段的距離，這樣不僅可以提高熱管內(nèi)的熱傳輸率，還可以縮短熱管 長度，即降低成本，減小散熱器尺寸。管內(nèi)毛細(xì)管結(jié)構(gòu)層為銅粉燒結(jié)成型的熱管，最小彎曲 半徑有限制，大至三倍于熱管直徑，太大，為縮短蒸發(fā)段和冷凝段之間的距離，熱管的彎曲 段上可以部分設(shè)置肋片。
圖3所示的散熱器，風(fēng)扇(5)為多級(兩級)軸流式風(fēng)扇，兩級動葉(9)之間設(shè)置有 導(dǎo)向葉(8)。圖4示出了其吸熱塊(1)的橫截面，嵌孔(7)有一缺口，開在吸熱塊的背面， 嵌孔像有兩唇，缺口像唇口，將熱管蒸發(fā)段包嵌在里面。此結(jié)構(gòu)方便了熱管蒸發(fā)段與吸熱塊 的快速裝配，前工序(擠制工藝)制造的嵌孔(7)比蒸發(fā)段的直徑稍大，便于熱管蒸發(fā)段插 入吸熱塊嵌孔，采用一契形工件壓在嵌孔的兩唇上，施加壓力，使嵌孔兩唇變形，缺口縫間 距減小，缺口的作用就在此，嵌孔縮小，熱管蒸發(fā)段受徑向擠壓，這樣能使蒸發(fā)段周圈與吸 熱塊接觸配合均勻，有效地解決它們之間的接觸熱阻問題。如果插裝時涂有導(dǎo)熱膏，則接觸 導(dǎo)熱更可靠。蒸發(fā)段盡可能大的面積被吸熱塊包嵌住，有利于吸熱塊與蒸發(fā)段之間的傳熱， 有效地發(fā)揮蒸發(fā)段內(nèi)的所有蒸發(fā)傳熱面。
圖5示出了另一種吸熱塊結(jié)構(gòu)，吸熱塊由兩種部件構(gòu)成，底塊(10)和壓塊(11)，兩者 之間的結(jié)合面采用了凹凸相配的結(jié)構(gòu)，底塊(10)和壓塊(]l)配合后構(gòu)成的嵌孔(7)比熱
管蒸發(fā)段要小，壓裝壓塊(11)前，蒸發(fā)段可以很容易地插入，壓裝壓塊(11)后，蒸發(fā)段 周圏被緊密地包嵌在吸熱塊中，可靠地解決了其間的接觸熱阻問題。凹凸結(jié)合面的作用，是 解決底塊(10)和壓塊(11)之間的接觸熱阻問題，由于制造加工有公差，不可能保證熱管 蒸發(fā)段與底塊(10)和壓塊(11)緊密配合的同時，又保證底塊(10)和壓塊Hl)之間上 下面的緊密接觸，存在接觸熱阻問題。采用凹凸結(jié)構(gòu)結(jié)合面，凹凸為緊配合，就保證凹凸側(cè)
面緊密接觸，底塊(10)的熱量通過凹凸側(cè)面?zhèn)鞯綁簤K(11)上，這樣就解決了其間的接觸
熱阻問題。
圖6示出了套片式結(jié)構(gòu)，肋片(4)通過肋片根部的翻邊與冷凝管(3)接觸傳熱，這里 有接觸熱阻的問題，解決該問題有兩種工藝 一、焊接，二、脹管。只有肋片和冷凝管都為 銅材時，才適合采用錫焊。脹管工藝是一種簡單、效率高、成本低的工藝，在許多其它產(chǎn)品 生產(chǎn)中普遍采用，如空調(diào)中的空氣換熱器(冷凝器、蒸發(fā)器)，并且不受材料限制，因而降低 了制造工藝成本和原材料成本。
為了能適合現(xiàn)各種電腦主板，便于安裝，并滿足冷凝段和肋片在上方的要求，散熱器安 裝尺寸最大不要大于80X80mra，最好取70X70mm，這樣肋片的長度不要超過70,，熱管選 用直徑為6mm，熱管之間的中心距離應(yīng)該在18 24隱。取中心距為23mm，則用三根管，肋片 長為69mm，肋片寬取14咖，片距1. 0鵬。空氣換熱器高70mm，則空氣對流換熱面積為0. 14 m2，采用叉列短肋形肋片，風(fēng)速達(dá)到2m/s，空氣對流換熱系數(shù)可達(dá)100W/m2 'C，空氣換熱 器的溫差只要1(TC，散熱量就達(dá)到140W。
權(quán)利要求1、一種CPU散熱器，包括有吸熱塊(1)、熱管(2)、肋片(4)和風(fēng)扇(5)，肋片(4)為套片式，肋片(4)設(shè)置在熱管(2)的冷凝段(3)上，熱管(2)的蒸發(fā)段(6)緊固在吸熱塊(1)上，其特征在于熱管(2)成L型，蒸發(fā)段(6)和冷凝段(3)之間成80°～120°角；吸熱塊(1)采用鋁或鋁合金制成，有嵌孔(7)；肋片(4)采用了短肋形或波形強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)，或片距為0.7mm至1.5mm的平板肋；風(fēng)扇(5)采用了離心式風(fēng)扇，或相鄰兩級的動葉(9)轉(zhuǎn)向相反或之間設(shè)置有導(dǎo)向葉(8)的多級軸流式風(fēng)扇。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于吸熱塊(1)中的嵌孔(7)帶缺口， 開在吸熱塊(1)背面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其特征在于吸熱塊(1)由一個底塊(l())和一 個或多個壓塊(11)構(gòu)成，底塊(10)和壓塊(II)之間的結(jié)合面采用了凹凸相配的結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型是一種采用熱管的散熱器，熱管成L形，肋片(4)采用了對流強(qiáng)化傳熱結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)設(shè)計，有效地減小散熱器的尺寸，使其更緊湊，更便于在電腦主板上安裝；采用高風(fēng)壓的離心式風(fēng)扇，或高效結(jié)構(gòu)的多級軸流式風(fēng)扇(5)，提高風(fēng)量，有效地提高散熱量。對吸熱塊(1)和蒸發(fā)段(6)的配合進(jìn)行了改進(jìn)，降低了材料和制造成本。
文檔編號H01L23/34GK201066686SQ20072012030
公開日2008年5月28日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月25日
發(fā)明者彪 秦 申請人:彪 秦