复合相变散热装置的制作方法

1.本发明属于散热装置技术领域，具体涉及一种复合相变散热装置。


背景技术：

2.中国专利公报公开的“一种高均温复合型散热器”(申请号：2022220225934)中，散热内胆的底面与均温板内表面接触，散热内胆的底部内侧面分布微槽群；光源支架可以通过导热硅脂固定在均温板外表面，存在界面接触热阻大、热量无法及时向外传递从而积累在热源位置、横向均温板温度梯度大等问题。光源支架也可以通过焊接方式固定在均温板外表面，光源支架与均温板之间的焊接平面，在实际操作中产生的问题是焊接后焊料不能完全平铺覆盖光源支架与均温板的整个接触面，而是存在约50％的空洞，使焊接的效果甚至低于预期的一半，导致导热效率下降，降低散热性能。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是提供一种复合相变散热装置，该装置能够减小热界面热阻，增大接触界面间导热系数，从而增强散热器导散热性能。
4.为了解决上述技术问题，本发明的复合相变散热装置中，底板固定在散热主体下面，并封堵散热主体的相变传热腔；光源组件固定在底板下表面具有焊接凹槽结构的部位。
5.所述的焊接凹槽结构为方柱形凹槽矩阵。
6.所述的方柱形凹槽，槽深在0.1mm-1mm之间，槽宽在1mm-10mm之间。
7.所述的底板采用金属均温板；金属均温板的底面对应光源组件的位置具有焊接凹槽结构，顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。
8.所述的底板采用平板热管结构。
9.所述的平板热管结构包括热管下盖、平板热管和热管上盖；平板热管的下半部嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽，上半部嵌入热管上盖底面的上嵌管槽，热管下盖与热管上盖固定连接；热管下盖的下表面具有焊接凹槽结构，热管上盖顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。
10.所述的平板热管结构包括热管下盖、平板热管和热管上盖；平板热管整体嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽或者热管上盖底面的上嵌管槽；热管下盖与热管上盖固定在一起；热管下盖的下表面具有焊接凹槽结构，热管上盖顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。
11.所述平板热管内部灌注液态相变工质，液态相变工质灌注量为平板热管容积的5％-75％。
12.所述的平板热管为弯曲成一根首尾相连闭合回路的铜管或铝管。
13.所述散热主体采用镁铝合金或者铝合金。
14.本发明的有益效果：
15.1.在金属均温板的中央与光源基板对应的位置，通过激光微刻的方式刻出与焊片
尺寸相同的焊接凹槽结构，焊接凹槽结构的加入可改变焊片融化时金属液滴的浸润性，减小金属液滴内部内聚力并增大焊片与金属均温板之间的吸附力，增加焊片融化后吸附面的面积，提高焊接质量，降低焊片层的空洞率，达到提高光源基板与金属均温板间热导率的目的。
16.2.针对cob光源，热量集中在小尺寸的光源面。通过光源界面一体化焊接工艺替换导热硅脂，提高接触界面热导率同时减小热阻，可将热界面的热导率从导热硅脂的2-8w/m
·
k提升至金属合金的67w/m
·
k，加快热量向散热器端传递，避免热量积累在热源处，减小光源因温度过高而产生光衰或其他损坏。
17.3.通过焊接的方式固定光源可减少光源固定螺丝的使用，同时也避免了金属均温板均温面的打孔，因此金属均温板可使用内部含有相变微结构的平板热管结构代替。
18.4.将金属均温板替换成内部含有相变微结构的平板热管结构，热导率可从金属铝合金的201w/m
·
k提升至2000w/m
·
k以上。
19.5.通过平板热管结构和微槽群结构的结合，实现横向和纵向多维度方向的散热提升，保证散热器散热途径的各个方向均能将热阻降至最低，热导率最大。同时平板热管内部的相变微结构通过毛细力和温差产生的压差进行热量输送，可减小散热器在有角度的使用环境下重力产生的影响，可加强照明器在有角度工况下的散热效果。
附图说明
20.图1是本发明实施例1的立体图。
21.图2是金属均温板的立体图。
22.图3是本发明实施例2的立体图。
23.图4是本发明实施例2的侧视图。
24.图5是本发明实施例2的剖视图
25.图6、图7是本发明实施例2的爆炸图。
26.图8是焊接凹槽示意图。
27.图9是热管下盖俯视图。
28.图10是平板热管结构剖面图。
29.图11是平板热管的剖切示意图。
30.图12a-图12d为不同形状焊接凹槽示意图。
31.图中：1.散热主体；11.相变传热腔；12.散热翅片；13.冷凝回流上盖；14.抽真空螺丝；2.光源组件；21.光源；22.光源基板；3.金属均温板；31.焊接凹槽结构；4.平板热管结构；41.热管下盖；411.下嵌管槽；412.焊接凹槽结构；42.平板热管；421.相变工质；43.热管上盖；431.上嵌管槽；432.微槽群结构。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
33.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应
做广义的理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况具体理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触，而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或者仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”、“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
35.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”等方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
36.实施例1
37.如图1所示，本发明的复合相变散热器包括散热主体1和底板；底板固定在散热主体1下面，并封堵散热主体1的相变传热腔11；光源组件2固定在底板的下表面。
38.所述的底板采用金属均温板3。
39.如图2所示，为加强光源组件2与金属均温板3之间的焊接效果，在金属均温板3底面中心对应光源组件2的位置通过激光微刻制备焊接凹槽结构31，改变焊片融化后金属液滴和散热器表面的浸润性，分散冷却时温度不均产生的中心与四周之间的内聚性及吸附性，降低空洞化情况，加强焊接效果；金属均温板3的顶面对应相变传热腔11的部位具有微槽群结构。
40.所述的方柱形凹槽，槽深在0.1mm-1mm之间，槽宽在1mm-10mm之间。
41.如图5所示，所述的散热主体1包含相变传热腔11及相变传热腔周围太阳花形式向外伸展的散热翅片12；相变传热腔11横截面可为圆形或方形；相变传热腔11底部由金属均温板3顶面的微槽群结构部分封堵，顶部由冷凝回流上盖13封堵；散热主体与冷凝回流上盖13以过盈配合方式压装固定，抽真空螺丝14安装在冷凝回流上盖13的螺纹孔上并通过二者间的硅胶圈和导热密封硅胶密封，使相变传热腔11形成密闭腔体，真空度可达-95kpa以上；相变传热腔11内部填充液态传热工质，周围的散热翅片用于增加散热面积，提高散热效果。散热主体采用镁铝合金或者铝合金。
42.所述的散热主体1还可以采用中央通孔中嵌入热传输模块(如中国专利公报公开的“一种相变液及包含该相变液的热传输模块”，申请号：cn201811049591.6)，周围分布太阳花形式向外伸展的散热翅片的结构。对于该种结构的散热主体，金属均温板3的顶面可以与热传输模块底面接触并焊接固定。
43.所述的光源组件2包括光源21和光源基板22；光源21固定在光源基板22上；焊接凹槽结构的形状、尺寸与焊片及光源基板的尺寸相同；光源基板22利用焊片通过焊接方式固定在金属均温板3底面对应焊接凹槽结构31的位置。由于金属均温板3的焊接位置具有焊接凹槽结构31，能够避免焊片液滴因表面张力形成过大的内聚力和过小的吸附力，从而提高
导散热性能。
44.所述焊接凹槽结构31将焊接面分割成若干个小平面。
45.实施例2
46.如图3-7所示，本实施例与实施例1不同之处在于，所述的底板采用平板热管结构4；平板热管结构4固定在散热主体1下面，并封堵散热主体1的相变传热腔11；光源组件2固定在平板热管结构4的下表面。
47.所述的平板热管结构4包括热管下盖41、平板热管42和热管上盖43；热管下盖41的下表面具有焊接凹槽结构412，顶面具有与平板热管42形状相应的下嵌管槽411；热管上盖43的底面具有与热管42形状相应的上嵌管槽431，顶面具有微槽群结构432；平板热管42的下半部嵌入下嵌管槽411，上半部嵌入上嵌管槽431，并以焊接方式固定；热管下盖41与热管上盖43焊接固定在一起。
48.为加强光源组件2与平板热管结构4之间的焊接效果，在热管下盖41底面中心位置通过激光微刻制备焊接凹槽结构412，改变焊片融化后金属液滴和散热器表面的浸润性，分散冷却时温度不均产生的中心与四周之间的内聚性及吸附性，降低空洞化情况，加强焊接效果。
49.所述的方柱形凹槽，槽深在0.1mm-1mm之间，槽宽在1mm-10mm之间。
50.所述光源21产生的热量途经平板热管结构后直接传递给相变传热腔11进行导散热，能够降低散热途径中的热阻。
51.所述焊接凹槽结构412将焊接面分割成若干个小平面。
52.所述平板热管12由一根首尾相连的铜管或铝管制成，内部灌注液态相变工质421，基于相变原理进行传导热量，具有高导热率；液态相变工质灌注量为平板热管容积的5％-75％。
53.平板热管结构4有利于对光源21进行热扩散，具有质量轻、良好的启动性和均温性等优势；顶面带有微槽群结构的相变传热腔具有换热系数高、工作稳定等特点。本发明可被广泛应用在大功率高密度电子设备，通过微槽群中液体工质的毛细力形成的弯月面处进行高强度蒸发或核态沸腾的复合相变换热，实现高强度的换热。
54.所述平板热管可以采用内部烧结金属粉末芯、槽道、丝网屏三种芯体的热管。当平板热管受热时，管内液体迅速蒸发，蒸汽在压力及毛细力作用下流向冷凝段进行冷凝释放热量，重新凝结成液体后沿着多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段进行快速循环。基于相变进行导热，能够有效解决散热并减小温度梯度，降低平面热阻达到高导热率，保证热量快速及时地传递，用平板热管代替金属基板能够最大程度的强化基板的热扩散，其优异的等温性也有利于降低热阻。热源产生的热量可迅速被带到周围，极高的导热率降低了平面的温度梯度，并将热量传递到另一端的微槽道进行相变散热。
55.所述平板热管42内部及相变传热腔11内部的液态相变工质为水、甲醇、乙醇、丙酮、r134a、r410a或r22等其中一种或多种混合的物质。
56.对本发明进行实测以及模拟实验，实验过程中使用的材料及热导率见表1。
57.表1
58.结构热导率(w/m
·
k)导热硅脂6.5
焊片67纯金属均温板201平板热管结构2000
59.依据以上数据对散热器进行实测和仿真，得到各对比例和实施例温升对比，数据见表2。
60.表2
[0061][0062]
对比例1：传统散热器，光源通过导热硅脂粘接在金属均温板下表面。
[0063]
对比例2：传统散热器，光源通过焊片焊接固定在金属均温板下表面。
[0064]
对比例3：将纯金属均温板替换成带有相变热管结构的平板热管结构(平板热管结构底面不加工焊接凹槽结构)。
[0065]
由表2可知，对比传统使用导热硅脂和纯金属均温板的散热器，通过焊片焊接的方式替换导热硅脂后，焊点温升有略微下降，此时由于工艺和结构的限制，使焊接不能完全贴合接触面，因此在焊接接触面加入焊接凹槽结构，数据表明焊接凹槽结构的加入可使焊点温升有下降，焊接面空洞化情况有所降低，提升接触位置热导率。将纯金属均温板替换成带有相变热管结构的平板热管结构后，焊点温升有明显降低，平板热管结构加入提高了光源接触面的均温性，增大导热系数，避免了热量积累在光源位置。平板热管结构底面增加焊接凹槽结构，可最大程度将散热路径热导率最大化，热阻最小化，最大程度降低焊点温升。
[0066]
热管下盖下表面焊接凹槽选取不同形状时的热导率对比见表3。
[0067]
表3
[0068]
[0069][0070]
表3中：热导率指热管下盖具有焊接凹槽结构部分的热导率。
[0071]
实施例2-1：如图8所示，焊接凹槽结构为方柱形凹槽矩阵，1mm、5mm、10mm指方柱形凹槽的槽宽，即方柱形凹槽底面边长。
[0072]
实施例2-2：如图12a所示，焊接凹槽结构为相互平行的多个截面为弧形的凹槽，1mm、5mm、10mm指相邻凹槽的间距(即两个最低点之间的距离)。
[0073]
实施例2-3：如图12b所示，焊接凹槽结构为梯台型凹槽矩阵，相邻梯台型凹槽之间的棱截面也为梯形，1mm、5mm、10mm指梯台型凹槽底面正方形边长。
[0074]
实施例2-4：如图12c所示，焊接凹槽结构为分布圆柱形凸起的表面，1mm、5mm、10mm指相邻圆柱形凸起中心间距。
[0075]
实施例2-5：如图12d所示，焊接凹槽焊接凹槽结构为为梯台型凹槽矩阵，相邻梯台型凹槽之间的棱截面为三角形，1mm、5mm、10mm指梯台型凹槽底面正方形边长。
[0076]
本发明不限于上述实施例，所述的平板热管结构1中，还可以采用整个热管12均嵌入于热管下盖11的管槽内，热管上盖13为未加工管槽的平板的结构形式，或者采用整个热管12均嵌入于热管上盖13的管槽内，热管下盖13为未加工管槽的平板的结构形式。

技术特征：
1.一种复合相变散热装置，其特征在于该装置中，底板固定在散热主体(1)下面，并封堵散热主体的相变传热腔(11)；光源组件(2)固定在底板下表面具有焊接凹槽结构的部位。2.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的焊接凹槽结构为方柱形凹槽矩阵。3.根据权利要求2所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的方柱形凹槽，槽深在0.1mm-1mm之间，槽宽在1mm-10mm之间。4.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的底板采用金属均温板(3)；金属均温板的底面对应光源组件的位置具有焊接凹槽结构，顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。5.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的底板采用平板热管结构(4)。6.根据权利要求5所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的平板热管结构(4)包括热管下盖(41)、平板热管(42)和热管上盖(43)；平板热管的下半部嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽(411)，上半部嵌入热管上盖底面的上嵌管槽(431)，热管下盖与热管上盖固定连接；热管下盖的下表面具有焊接凹槽结构，热管上盖顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。7.根据权利要求5所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的平板热管结构(4)包括热管下盖(41)、平板热管(42)和热管上盖(43)；平板热管整体嵌入热管下盖顶面的下嵌管槽(411)或者热管上盖底面的上嵌管槽(431)；热管下盖与热管上盖固定在一起；热管下盖的下表面具有焊接凹槽结构，热管上盖顶面对应相变传热腔的部位具有微槽群结构。8.根据权利要求6或7所述的复合相变散热装置，其特征在于所述平板热管内部灌注液态相变工质，液态相变工质灌注量为平板热管容积的5％-75％。9.根据权利要求6或7所述的复合相变散热装置，其特征在于所述的平板热管为弯曲成一根首尾相连闭合回路的铜管或铝管。10.根据权利要求1所述的复合相变散热装置，其特征在于所述散热主体采用镁铝合金或者铝合金。

技术总结
本发明涉及一种复合相变散热装置，该装置中，底板固定在散热主体下面，并封堵散热主体的相变传热腔；光源组件固定在底板下表面具有焊接凹槽结构的部位。本发明在底板下表面的中央与光源基板对应的位置刻出与焊片尺寸相同的焊接凹槽结构，焊接凹槽结构的加入可改变焊片融化时金属液滴的浸润性，减小金属液滴内部内聚力并增大焊片与底板之间的吸附力，增加焊片融化后吸附面的面积，提高焊接质量，降低焊片层的空洞率，达到提高光源基板与底板间热导率的目的。率的目的。率的目的。


技术研发人员：汪洋 黄耀伟 刘超越 阮程 孙龙
受保护的技术使用者：长春希达电子技术有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/9/14