一种均温板及其制备方法

技术领域

本发明属于高功率设备热管理技术领域，具体涉及一种均温板及其制备方法。

背景技术

随着技术的发展，一些电子设备及仪器的功率越来越高，带来的热问题也日益严重，因此需要对此类高功率设备进行高效散热。

目前高功率设备常用的散热方法主要有液体冷却散热、空气冷却散热、相变材料冷却散热和热管/均温板冷却散热等四种方法。

液体冷却方法散热均匀，接触面大，热容较高；但是存在不绝缘，或具有腐蚀性，容易泄露造成短路的缺陷。

空气冷却方法可以通过自然对流和强制对流两种方式冷却散热，成本较低，但是设备功率增加后，散热温控效果不佳。

相变材料冷却方法能耗少、温控效果稳定和均匀，满足快充需要，避免介质污染设备，但是其容易导致相变材料泄露问题并且成本高。

热管/均温板冷却方法是目前最有前景的被动散热方式，其具有冷却高效、能耗少和安全性高等优势。传统的均温板尺寸一般在200mm以内，无法进行大尺寸加工，且尺寸较大是内部工质蒸发冷凝以及液体流动较为复杂，大尺寸的均热效果较差。而热管是圆柱型，其理论长度可在1m以上也能实现较低的温差，此外热管可通过挤压成扁平状，但是热管为一维均热散热器，无法兼顾二维情况。

此外，另有结构采用平行热管分布，其无法提供垂直热管方向的导通路径，散热效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种均温板及其制备方法，基于多根交叉且在高度方向上层叠搭接的热管可实现三维空间的均热，能够有效的将热量从热源端传导到冷却端，减小了厚度方向的传热热阻，突破传统热管的一维/二维均热性能；编织型热管可与均温板一体化集成，实现均温板大尺寸均热的效果的同时兼容结构厚度，不引入额外尺寸，同时能够降低整体质量。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种均温板，包括上板壳、热管网和下板壳，热管网设置在上板壳和下板壳所组成的板腔中；所述热管网包括多根交叉且在高度方向上层叠搭接的热管。

进一步的，所述热管包括沿第一方向排布的多根第一热管和沿第二方向排布的多根第二热管，所述第一热管和所述第二热管相互交叉且在高度方向上层叠搭接。

更进一步的，所述第一热管和所述第二热管分别包括多根错位设置的第一子热管和第二子热管；

属于同一根第一热管的相邻两个第一子热管在所述第二方向上错位设置，并层叠搭接于同一根第二子热管上，

属于同一根第二热管的相邻两个第二子热管在所述第一方向上错位设置，并层叠搭接于同一根第一子热管上。

进一步的，所述下板壳的内侧设置有适配于所述热管网的放置区。

更进一步的，所述放置区包括多个用于容纳所述热管的沟槽。

所述热管网中的热管为直线型热管或者曲线型热管。

所述热管网为平面网状结构或者曲面网状结构。

一种制备上述均温板的方法，包括如下步骤：

步骤一，制备上板壳、下板壳和热管；

步骤二，对制备所得的热管、上板壳、下板壳进行预处理，并在下壳板内侧将预处理后的热管交叉且在高度方向上层叠搭接成热管网，焊接所述上板壳、热管网和下板壳形成均温板。

所述步骤一还包括根据所述热管的尺寸在所述下板壳的内侧设置用于容纳所述热管的沟槽。

选择铝合金材料制备上板壳和下板壳，所述步骤二中的对制备所得的热管、上板壳、下板壳进行预处理包括：对所述热管进行清洗、去氧化、去油污以及焊膏涂敷处理以及对上板壳和下板壳进行清洗、去氧化、去油污、表面镀暗镍以及焊膏涂敷处理；

所述步骤二中的焊接所述上板壳、热管网和下板壳形成均温板的步骤包括：将上板壳和包含热管网的下板壳对合组装放入烘箱中，设定焊接所需的温度和保温时间，以获得一体化制备而成的均温板。

本发明的有益效果是：本发明均温板的内部采用热管编织分布的设计，简化了均温板的制备流程，增强了可靠性以及实现一体化共型，同时突破了热管单一方向均热的限制以及均温板尺寸限制，可以解决三维空间的均热问题。

基于编织分布热管可实现三维空间的均热，能够有效的将热量从热源端传导到冷却端，减小了厚度方向的传热热阻，突破传统热管的一维/二维均热性能；编织型热管可与均温板一体化集成，实现均温板大尺寸均热的效果的同时兼容结构厚度，不引入额外尺寸，同时能够降低整体质量。

对比外同一尺寸的均热板，本发明编织搭接热管网采用可靠性较高的热管进行串并联互连，彼此相对独立，因此其相较于传统的均热板制造流程更加简化且可靠性高，无需担心大尺寸情况下均热板泄露问题。

此外，本发明可以依据高密度热源最高热流密度载荷、热源大小、热源分布来设计热管的分布，可以简化设计。

附图说明

图1为实施例1中本发明的结构示意图；

图2为实施例1中本发明中编织搭接热管网与下板壳的安装示意图；

图3为实施例2中本发明的编织搭接热管网的结构示意图；

图4为实施例3中本发明的编织搭接热管网的结构示意图；

图中标记：1、上板壳，2、编织搭接热管网，201、第一子热管，202、第二子热管，3、下板壳，4、搭接接头，5、沟槽，6、弯折型热管，7、曲面编织搭接热管网。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

实施例1，参照附图1、2所示，一种均温板，包括上板壳1、热管网和下板壳3，所述热管网采用纵横交织的编织搭接热管网2，下板壳3通过机加工方式形成内部沟槽5，用于容纳所述编织搭接热管网2中的热管，编织搭接热管网2中的各个热管与下板壳3、热管与热管、上板壳1与下板壳3统一通过锡焊互连。

在图1、2所示的实施方式中，所述编织搭接热管网2是由沿第一方向排布的多根第一子热管201和沿第二方向排布的多根第二子热管202交织并在交织位置的高度方向上层叠搭接而成，形成三维方向的传热路径，减小了均温板厚度方向的传热热阻，实现均温板在三维方向上的均热效果。其中，第一子热管201和第二子热管202均为直线型热管，所述的第一方向为均温板的长度方向，第二方向为均温板的宽度方向，或者第一方向和第二方向分别为均温板的宽度方向和长度方向。

作为本实施例的一种变形，也可以在第一方向上设置一根第一热管，以代替上述多根第一子热管，同理，第二方向上设置代替多根第二子热管的第二热管。均温板上通过多根第一热管和第二热管的纵横交叉层叠搭接，形成三维方向的传热路径。

本发明设计的均温板结构突破了传统均温板尺寸限制，整体尺寸可定制化设计，理论上可拓展任意尺寸，能够与其他结构的一体化成型，编织的热管可以同时解决空间三个方向的均热问题，同时基于传统的热管进行加工，其可靠性较高、成本较低并且利于批量化加工。在热管布置时，可以依据高密度热源最高热流密度载荷、热源大小、热源分布来设计热管的分布。

实施例2：本实施例与实施例1的区别在于组成编织搭接热管网2的各个热管不是直线型的结构，而是曲线型，如弯曲成波浪形，或者如图3所示，弯折成正弦函数的形式，再进行如实施例1所述的搭接，以构建三维空间的传热路径。

实施例3：本实施例与实施例1的区别在于所述编织搭接热管网2整体并非是平面网状结构，而是曲面形状，如图4所示的单曲面形状，或者是附图中未示出的其他曲面形状，如双曲面或瓦楞形曲面。本实施例将所述编织搭接热管网弯曲成各种曲面形后，相应的还需要将上板壳和下板壳进行适应性的形状设计，因此最终整个均温板也为曲面结构，可以与圆筒等结构的散热器件结合使用，扩大均温板的适用范围。

实施例4：一种均温板的制备方法，以制备实施例1所述的均温板为例，均温板制备过程需要注意以下几点：

第一，为满足高功率设备热管理对于散热器件的轻量化需求，采用铝合金作为均温板的主体材料，相较于传统的铜质散热器，重量可以减轻3倍以上。根据热源分布不同设置合适的热管分布密度，同时在下板壳3内侧加工对应的沟槽，沟槽5之间的部分可以充当保证下板壳3强度的加强筋。所述的热管尺寸可选择宽度5-20mm，厚度0.5至4mm不等，长度可依据需求进行选择，将所选择的热管进行搭接，并放置在所述沟槽5中。

第二，均温板的焊接主要是用于实现各个热管与下板壳3、热管与热管、上板壳1与下板壳3的互连与密封。由于热管的温度极限不能超过500℃，均温板的不能采用传统的钎焊工艺(温度大于580℃)，因此本发明采用低温锡焊工艺进行。

具体制备方法的步骤如下：

步骤一，选择铝合金材料制备上板壳、下板壳和热管，并在下板壳的内侧面机加工出放置所述热管的沟槽；

步骤二，对加工好的热管、上板壳、下板壳进行清洗、去氧化和去油污处理；

步骤三，对上板壳和下板壳进行表面镀暗镍处理，镀镍厚度大于10um；

步骤四，采用低温锡焊工艺对热管、上板壳和下板壳焊接，焊膏采用Sn42Bi58无铅低温焊锡膏，其焊熔点为138℃，利用钢网或丝网印刷等方式将焊膏涂敷在需要焊接的位置上，厚度在1mm左右，然后组装热管成编织搭接热管网，并放置在下板壳的沟槽中，再将上板壳和下板壳对合组装并施加一定的压力，放入烘箱中，焊接温度设定为加热到138℃时并保温2min。完成后经冷却取出制备好的均温板。

该工艺能够实现均温板的一体化制备，省去了均温板制备所需的充注与封口环节，降低了成本同时提高了可靠性。

所述制备方法中，热管的分布密度可以根据热源的分布适当的调整，例如热源温度高的位置，相应的热管分布密度大，热源温度低的位置，热管分布密度小。

在上板壳和下板壳的制备中，由于铝合金的可塑性，可采用数控机床CNC的方法进行加工，可以避免铝挤压加工无法实现的大尺寸加工的问题，并且加工成本可控。

本发明还研究了所提出的均温板和传统铝合金材质均温板的均热效果，在同一测试条件下，传统铝合金材质均温板的边部温度明显高于板体中部的温度，其最高温度与最低温度之间的温差将近17℃；本发明所提出的均温板边部温度和中部温度温差相差不大，温差将近15℃。因此，本发明的均温板的均热效果优于传统铝合金材质均温板的均热效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。