專利名稱：一種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電力電子發(fā)熱器件的散熱領域，是一種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，將發(fā)熱器件的表面與散熱裝置的底面下表面緊密貼合，接觸面涂抹導熱硅脂，本高效散熱裝置可有效降低電力電子發(fā)熱器件的溫度。適用于發(fā)熱功率為100W-500W的電力電子發(fā)熱器件的散熱，將發(fā)熱器件的溫度控制在50°C以下。
背景技術：
二十世紀六十年代至今，隨著微電子和光電子等行業(yè)的不斷發(fā)展，技術上的不斷進步，光電器件的集成度越來越高，工作時產(chǎn)生的熱量越來越多，熱流密度也越來越高。在 半導體芯片領域，根據(jù)著名的摩爾定律，在價格不變的情況下，集成電路上可以容納的晶體管的數(shù)量每隔約十八個月就會增加一倍，其性能也將提升一倍。雖然技術的進步也同樣降低了單個晶體管的能量消耗，但是由于晶體管數(shù)目增長的速度大于單個晶體管能耗降低的速度，整體上造成了電子芯片的能耗是不斷增加的，如此多的熱量如不能及時地擴散掉，將會使芯片內(nèi)部溫度逐漸上升，最終導致芯片停止工作。同時，芯片長時間在較高溫度下運行也會顯著地降低其使用壽命。隨著單個芯片上集成的晶體管數(shù)量的不斷增加，其功耗必然也會不斷地隨之增加，而當單個芯片的功耗超過70W后，其冷卻器件的價格會急劇上升。在顯示技術領域，陰極射線管顯示器(CRT)由于其高質(zhì)量的畫質(zhì)曾經(jīng)壟斷整個顯示行業(yè)，但是近年來液晶顯示(IXD)、等離子顯示(PDP)和激光顯示等新型的平板式顯示器正逐漸取代CRT顯示器成為市場上的主導產(chǎn)品，這主要是由于激光和發(fā)光二極管技術的進步引起的。與傳統(tǒng)CRT顯示不同，激光和發(fā)光二極管顯示都是采用固體光源，而解決這些固體光源的散熱難題也成了必須面對的新挑戰(zhàn)。由于激光以及發(fā)光二極管等器件對溫度很敏感，工作溫度的不穩(wěn)定不但會嚴重影響畫面顯示質(zhì)量，而且也會大大縮短光源的壽命，所以這些固體光源的工作溫度范圍很窄，允許的工作溫度波動范圍往往很小。此外，在顯示器播放運動畫面時，由于播放畫面的不一致性和畫面間的連續(xù)轉(zhuǎn)換，屏幕的局部區(qū)域所產(chǎn)生的熱量可能會有成百上千倍地增加，從而使保持整個屏幕光源工作溫度的均一性面臨更大的挑戰(zhàn)。因此，精確的工作溫度控制對這些光源來說不可或缺。在照明領域，隨著技術的進步，采用發(fā)光二極管(LED)作為光源的照明燈正逐漸出現(xiàn)并替代傳統(tǒng)的燈具。LED照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長和響應速度快等特點，被認為將成為繼白熾燈、熒光燈、氣體放電燈之后的第四代光源，有廣闊的市場前景。目前，LED燈的發(fā)光效率為10% 20%，其余的能量最后轉(zhuǎn)化成熱能。由于LED的高功率和結構緊湊的特征，其工作過程中產(chǎn)生的余熱使芯片的封裝表面具有較高的熱流密度，這些熱量如果不能及時帶走，必將使發(fā)光二極管的溫度顯著升高，這種由溫升引起的熱效應對LED的性能產(chǎn)生嚴重的影響，可以使芯片的發(fā)射光譜發(fā)生紅移，影響出光效率，加速器件的老化，縮短使用壽命，甚至導致芯片燒毀。因此，LED芯片的散熱問題成了制約LED照明行業(yè)快速發(fā)展的關鍵問題。照明行業(yè)的用電量大約占社會用電量的12%左右，如果可以解決LED照明芯片的散熱問題，進而推動LED照明的普及，必將對我國節(jié)能減排做出巨大貢獻。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有電力電子設備與器件運行過程中存在的發(fā)熱量過大、器件溫度過高、工作壽命短、由于產(chǎn)熱引起的工作不穩(wěn)定等問題；提供一種換熱效率高、結構設計緊湊、成本低、溫控能力強的相變式散熱裝置來解決電力電子設備運行中存在的熱問題。為達到上述目的，本實用新型的技術解決方案是一種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，包括集腔內(nèi)蒸發(fā)與冷凝為一體的半橢圓形散熱體和兩個端部蓋板，其特征在于，所述半橢圓形散熱體的橫截面外輪廓呈半橢圓形，內(nèi)部為沿橢圓短徑方向切割形成的半橢圓形空腔，半橢圓形空腔的外圍是半橢圓形的金屬外殼，在所述金屬外殼的外表面均勻布置有多個金屬肋片，在所述半橢圓形散熱體的兩開口端面分別布置一個端部蓋板，且端部蓋板與所述開口端面的形狀一致，用以密 封所述半橢圓形空腔；所述端部蓋板上設置有充液/汽口 ；在所述半橢圓形散熱體的底面的內(nèi)表面上設置有兩個金屬條；在所述兩個金屬條之間設置有金屬泡沫層；所述底面的外表面與發(fā)熱部件的發(fā)熱面緊密貼合。優(yōu)選地，所述金屬泡沫層所在的所述底面的外表面與發(fā)熱部件的發(fā)熱面緊密貼合。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，優(yōu)選地，所述金屬泡沫層位于所述底面的內(nèi)表面，其厚度為O. 5-10mm,寬度為5_50mm，長度與所述底面的長度相同，且所述金屬泡沫層中的金屬泡沫材質(zhì)的氣孔直徑為O. 1-5_。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，優(yōu)選地，所述兩個金屬條為長方體金屬條，分布在所述底面中心線兩側(cè)，且所述兩個金屬條的高度為l-15mm，寬度為2-20mm,長度與所述底面的長度相同。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，優(yōu)選地，其半橢圓形空腔的橢圓長徑為20-500mm,短徑為15-400mm,所述半橢圓是沿著所在橢圓的短徑方向被分割的。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，優(yōu)選地，其金屬外殼的厚度為2-20mm。優(yōu)選地，其底面的厚度為l_20mm。優(yōu)選地，其端部蓋板的厚度為l_20mm。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，優(yōu)選地，其金屬肋片的厚度為
2-30mm，高度為5_100mm，且各肋片的高度相同，相鄰肋片間的間距為2_50mm。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，其密封的半橢圓形空腔中充裝有換熱工質(zhì)。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，優(yōu)選地，其換熱工質(zhì)為甲醇與去離子水的混合液，其中去離子水的體積比例為10%-90%。這種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，高溫高壓的換熱工質(zhì)通過所述充液/汽口充滿所述半橢圓形空腔后，充液/汽口是封閉的，換熱工質(zhì)冷卻液化后，半橢圓形空腔內(nèi)部形成真空。本實用新型所述的采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，所述底面的外表面與發(fā)熱裝置的表面相貼合，貼合面涂抹導熱硅脂用于熱傳遞。當電力電子器件工作時，電力電子器件所產(chǎn)生的熱量通過貼合表面?zhèn)鬟f給散熱裝置底面，散熱裝置底面再將熱量傳遞到裝置底面內(nèi)部，底面內(nèi)表面為金屬泡沫結構，泡沫結構浸泡在甲醇與去離子水的混合液體工質(zhì)中；混合液體工質(zhì)受熱后在金屬泡沫表面產(chǎn)生池沸騰，這種金屬表面的池沸騰具有很高的換熱效率，混合液體工質(zhì)池沸騰相變后吸收傳遞到底面內(nèi)表面的熱量，相變產(chǎn)生的蒸汽彌散到整個空腔的內(nèi)部，由于空腔的非加熱表面溫度較低，蒸汽在空腔內(nèi)的非加熱表面發(fā)生冷凝，蒸汽變?yōu)橐后w流回空腔底部，同時將熱量傳遞給非加熱表面，然后再通過金屬外殼將熱量傳遞到散熱裝置外表面，外殼外表面布置有散熱肋片，通過肋片等強化傳熱手段再將熱量傳遞到環(huán)境中去，達到對電力電子器件散熱的目的。本實用新型的優(yōu)點在于本實用新型高效散熱裝置的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面I.散熱效率高、散熱溫差小。本高效散熱裝置采用金屬泡沫表面的池沸騰相變傳熱技術，液體在金屬泡沫表面池沸騰相變時溫差很小，相變過程氣液溫度基本不發(fā)生變化，但是散熱裝置內(nèi)混合液體在散熱裝置上底面金屬泡沫表面吸熱發(fā)生相變變?yōu)檎羝麜r，相變的面積較小，但是當蒸汽在空腔內(nèi)其它表面放熱液化變?yōu)橐后w的時候，相變的面積明顯變大。這樣就在基本上不增加換熱溫差的情況下，增大了換熱發(fā)生的面積，使得電力電子設備產(chǎn)生的耗散熱能夠更快更好地傳遞到外圍環(huán)境中去。本散熱裝置在金屬外殼的外圍布置有間隔合理、高度適中的散熱肋片，也可以使傳遞到非加熱外殼表面上的熱量更快更好地擴散到周圍環(huán)境中去，進一步強化了換熱效率。另外，本散熱裝置底面上表面布置有兩個長方體形的金屬條，在長方體形金屬條的下部可以加工螺栓孔，用來與電力電子器件連接固定，這樣就可以大大地減小高效散熱裝置底面的厚度，進而降低了由于熱傳遞所產(chǎn)生的溫差，提高了散熱效率。2.節(jié)省材料、經(jīng)濟性好、重量輕。與傳統(tǒng)的電力電子冷卻裝置相比，本高效散熱裝置由于采用了內(nèi)部空腔化的設計，所以大大減少了所用金屬材料的數(shù)量，散熱裝置外殼外圍布置的肋片經(jīng)過精心設計，厚度和高度都比較適中，最大可能地節(jié)省了所用材料的數(shù)量。本散熱裝置外殼厚度較薄，這一方面在保證所需強度的情況下減少了材料的使用量，另一方面也減少了熱量傳遞中的溫度差，強化了換熱。

圖I散熱裝置組裝后的三維效果圖；圖2散熱裝置的半橢圓形散熱體三維示意圖；圖3散熱裝置的半橢圓形散熱體截面圖；圖4散熱裝置的兩個端面擋板三維示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本實用新型進一步詳細說明。如附圖1、2、3和4所示，本實用新型的采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，包括集腔內(nèi)蒸發(fā)與冷凝為一體的半橢圓形散熱體I和兩個端部蓋板2，所述半橢圓形散熱體I的橫截面外輪廓呈半橢圓形，內(nèi)部為沿橢圓短徑方向切割形成的半橢圓形空腔13，半橢圓形空腔13的外圍是半橢圓形的金屬外殼12，在所述金屬外殼12的外表面均勻布置有多個金屬肋片11，在所述半橢圓形散熱體I的兩開口端面分別布置一個端部蓋板2，且端部蓋板2與所述開口端面的形狀一致，用以密封所述半橢圓形空腔13 ;所述端部蓋板2上設置有充液/汽口 21 ;在所述半橢圓形散熱體的底面16中心線兩側(cè)分別設置有兩個長方體形的金屬條15 ;在兩個長方體金屬條中間部分的底面上表面部分為金屬泡沫材質(zhì)14 ;工作中，加熱部件發(fā)熱面與金屬泡沫材質(zhì)所在底面部分14的下表面17緊密貼合。本實用新型所述的高效散熱裝置，其底面兩個長方體金屬條15中間的底面16的上表面為金屬泡沫材質(zhì)14,金屬泡沫14的氣孔直徑為O. I-5mm ;金屬泡沫層14的厚度為
O.5-10mm,金屬泡沫層14的寬度為5_50mm,金屬泡沫表面14的長度與半橢圓形散熱體底面16的長度相同。本實用新型的高效散熱裝置，其底面兩個長方體金屬條15的高度為1-15_，寬度為2-20mm,長方體金屬條15的長度與半橢圓形散熱體底面16長度相同。 本實用新型的高效散熱裝置，其半橢圓形空腔13的橢圓長徑為20-500_，短徑為15-400mm,所述半橢圓是沿著所在橢圓的短徑方向被分割的。本實用新型的高效散熱裝置，其金屬外殼12的厚度為2-20_。本實用新型所述的高效散熱裝置，其金屬肋片11的厚度為2_30mm，高度為5-100mm，且各肋片的高度相同，相鄰肋片間的間距為2_50mm。本實用新型所述的高效散熱裝置，其底面16的厚度為l_20mm。本實用新型所述的高效散熱裝置，其端部蓋板2的厚度為l_20mm。本實用新型所述的高效散熱裝置，其密封的半橢圓形空腔13中充裝有換熱工質(zhì)。本實用新型所述的高效散熱裝置，其換熱工質(zhì)為甲醇與去離子水的混合液，其中去離子水的體積比例為10%-90%。本實用新型所述的高效散熱裝置，高溫高壓的所述換熱工質(zhì)通過所述充液/汽口21充滿所述半橢圓形空腔13后，所述充液/汽口 21是封閉的，所述換熱工質(zhì)冷卻液化后，半橢圓形空腔13內(nèi)部形成真空。本實用新型所述的高效散熱裝置，其下底面17與發(fā)熱裝置的表面相貼合，貼合面涂抹導熱硅脂用于熱傳遞。當電力電子器件工作時，電力電子器件所產(chǎn)生的熱量通過貼合表面?zhèn)鬟f給散熱裝置底面17，散熱裝置底面再將熱量傳遞到裝置底面內(nèi)部，底面內(nèi)表面為金屬泡沫結構14，泡沫結構浸泡在甲醇與去離子水的混合液體工質(zhì)中；混合液體工質(zhì)受熱后在金屬泡沫表面14產(chǎn)生池沸騰，這種金屬表面的池沸騰具有很高的換熱效率，混合液體工質(zhì)池沸騰相變后吸收傳遞到底面內(nèi)表面14的熱量，相變產(chǎn)生的蒸汽彌散到整個空腔13的內(nèi)部，由于空腔13的非加熱表面溫度較低，蒸汽在空腔內(nèi)的非加熱表面發(fā)生冷凝，蒸汽變?yōu)橐后w流回空腔底部16，同時將熱量傳遞給非加熱表面，然后再通過金屬外殼12將熱量傳遞到散熱裝置外表面，外殼外表面布置有散熱肋片11，通過肋片11等強化傳熱手段再將熱量傳遞到環(huán)境中去，達到對電力電子器件散熱的目的。以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，包括集腔內(nèi)蒸發(fā)與冷凝為一體的半橢圓形散熱體(I)和兩個端部蓋板(2)，其特征在于，所述半橢圓形散熱體(I)的橫截面外輪廓呈半橢圓形，內(nèi)部為沿橢圓短徑方向切割形成的半橢圓形空腔(13),所述半橢圓形空腔(13)的外圍是半橢圓形的金屬外殼(12),在所述金屬外殼(12)的外表面均勻布置有多個金屬肋片(11)，在所述半橢圓形散熱體(I)的兩開口端面分別布置一個端部蓋板(2)，且端部蓋板(2)與所述開口端面的形狀一致，用以密封所述半橢圓形空腔(13);所述端部蓋板(2)上設置有充液/汽口(21);在所述半橢圓形散熱體(I)的底面(16)的內(nèi)表面上設置有兩個金屬條(15);在所述兩個金屬條(15)之間設置有金屬泡沫層(14);所述底面(16)的外表面(17)與發(fā)熱部件的發(fā)熱面緊密貼合。
2.如權利要求I所述的高效散熱裝置，其特征在于，所述金屬泡沫層(14)位于所述底面(16)的內(nèi)表面，其厚度為O. 5-10mm,寬度為5_50mm，長度與所述底面(16)的長度相同，且所述金屬泡沫層(14)中的金屬泡沫材質(zhì)的氣孔直徑為O. 1-5_。
3.如權利要求I所述的高效散熱裝置，其特征在于，所述兩個金屬條(15)為長方體金屬條，分布在所述底面(16)中心線兩側(cè)，且所述兩個金屬條(15)的高度為l_15mm，寬度為2-20mm，長度與所述底面(16)的長度相同。
4.如權利要求I所述的高效散熱裝置，其特征在于，所述半橢圓形空腔(13)的橢圓長徑為20-500mm,短徑為15-400mm,所述半橢圓是沿著所在橢圓的短徑方向被分割的。
5.如權利要求I所述的高效散熱裝置，其特征在于，所述端部蓋板(2)的厚度為1-20mm,和/或所述金屬外殼(12)的厚度為2_20mm，和/或所述底面(16)的厚度為l_20mm。
6.如權利要求I所述的高效散熱裝置，其特征在于，所述金屬肋片(11)的厚度為2-30mm，高度為5_100mm，且各肋片的高度相同，相鄰肋片間的間距為2_50mm。
7.如權利要求I至6任一項所述的高效散熱裝置，其特征在于，密封的所述半橢圓形空腔(13)中充裝有換熱工質(zhì)。
8.如權利要求7所述的高效散熱裝置，其特征在于，所述換熱工質(zhì)為甲醇與去離子水的混合液，其中去離子水的體積比例為10%-90%。
9.如權利要求7所述的高效散熱裝置，其特征在于，高溫高壓的所述換熱工質(zhì)通過所述充液/汽口( 21)充滿所述半橢圓形空腔(13 )后，所述充液/汽口( 21)是封閉的，所述換熱工質(zhì)冷卻液化后，半橢圓形空腔(13)內(nèi)部形成真空。
10.如權利要求8所述的高效散熱裝置，其特征在于，高溫高壓的所述換熱工質(zhì)通過所述充液/汽口( 21)充滿所述半橢圓形空腔(13 )后，所述充液/汽口( 21)是封閉的，所述換熱工質(zhì)冷卻液化后，半橢圓形空腔(13)內(nèi)部形成真空。
專利摘要本實用新型公開了一種采用金屬泡沫為蒸發(fā)表面的高效散熱裝置，所涉及的技術包括熱設計技術、液體相變換熱技術、金屬泡沫表面的池沸騰相變技術、金屬泡沫的加工成型技術、金屬表面的處理技術，由集蒸發(fā)器與冷凝器為一體的半橢圓形散熱體(1)和端部蓋板(2)組合而成，組合后形成一種新型的散熱裝置。本散熱裝置主要用于電力電子器件的散熱，其功能是將電力電子發(fā)熱器件運行過程中所產(chǎn)生的耗散熱量帶離發(fā)熱器件表面，從而使電力電子器件的表面溫度在一個合理的范圍內(nèi)波動。本散熱裝置具有較高的散熱能力，可以實現(xiàn)較高熱流密度下電子器件散熱要求。
文檔編號H05K7/20GK202713883SQ201220382398
公開日2013年1月30日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權日2012年8月2日
發(fā)明者徐新旗 申請人:北京瑞德桑節(jié)能科技有限公司