磁流體平板熱管均熱器制造技術

本實用新型專利技術涉及一種磁流體平板熱管均熱器，可被用于電子器件冷卻裝置中的均熱器。本實用新型專利技術旨在解決傳統的平板熱管均熱器中毛細芯布置困難，毛細力不足等缺點，整個磁流體平板熱管由蒸發面平板（２）和冷凝面平板（３）焊接而成。平板熱管腔體內沒有任何毛細結構。對平板熱管抽真空后充入磁流體作為工質。在蒸發面平板外側的電子器件（１）附近布置了磁鐵（５）。這種平板熱管可以完全省去毛細吸液芯的設計，通過安置外加磁場不但可以強化工質沸騰，而且能夠促進工質回流，能讓磁流體平板熱管在反重力條件下工作。（*該技術在2018年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種磁流體平板熱管均熱器，可被用于電子器件冷卻裝 置中的均熱器。
技術介紹
微電子芯片的應用遍及日常生活、生產乃至國家安全的各個層面，在現 代文明中扮演著極其重要的角色。芯片發展的趨勢是進一步提高集成度、減小芯片尺寸及增大時鐘頻率。1971年Intel公司生產的第一個芯片只含2300 個晶體管，而如今在一枚工ntel奔騰4芯片上，就集成有4200萬個晶體管。 高集成度對于計算機性能的升級是有利的。然而，與此同時芯片耗能和散熱 問題也凸現出來。電子技術迅速發展，電子器件的高頻、高速以及集成電路 的密集和小型化，使得電子器件的發熱功率與功率密度也急劇增加。CPU芯片 的發熱量已由幾年前的10 W/cm2左右猛增到現在的將近100 W/cm2。因此， 如果散熱不良，產生的過高溫度會降低芯片的工作穩定性，增加出錯率，同 時模塊內部與其外部環境間所形成的熱應力會直接影響到芯片的電性能、工 作頻率、機械強度及可靠性。因此，電子器件的冷卻技術將是影響微電子技 術發展的關鍵因素。電子芯片小型化與高發熱量的趨勢，使電子設備的散熱凸現出以下幾個 顯著特點(l)局部熱流密度非常大，熱量容易在局部發生聚集，導致局部溫 度過高。(2)熱流密度分布不均勻，高熱流密度通常僅僅局限在很小的空間范 圍內。(3)在電子設備啟動過程中，容易出現瞬時功率"飆升"，燒壞電子設 備。(4)需要散失的總熱流量并不是很大。所以，解決電子設備冷卻的關鍵是 如何減小過高的局部熱流密度，防止出現熱點而導致設備故障。為了增強散 熱效果， 一般都會在電子芯片上加裝一個比芯片體積大得多的熱沉。這樣很 容易在芯片表面產生熱點。而且使熱沉具有較大的擴散熱阻，內部截面上的 熱流密度分布非常不均勻，熱沉的散熱效果受到了一定的影響。傳統的實心銅板均熱器可以將電子芯片內部產生的熱量以熱傳導的方式 引出到散熱器翅片上，再借翅片與其周圍空氣的對流作用將熱量傳入氣流中 帶走。實心純銅板均熱器在一定程度上能起到使熱流量分布均勻，消除熱點 的作用。但是由于銅的導熱系數有限，其均熱效果并不是非常明顯。如果采 用鉆石之類的超導熱材料制造均熱器，其昂貴的價格將使其難以普及到實際 應用中。因此提出了平板熱管式均熱器。平板熱管式均熱器能最大限度的使熱流密度趨于均勻，這是因為其利用 了熱管高效導熱的原理。熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將 大量熱量通過很小的截面積進行遠距離的傳輸而無需外加動力。熱管的一端 為蒸發段，另一端為冷凝段。當熱管的一端受熱時毛細芯中的液體蒸發汽化， 蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠 毛細力的作用流回蒸發段。如此循環往復，熱量由熱管的一端傳至另一端。 傳統的熱管呈管狀，依據熱管內部毛細結構的不同可以分為絲網熱管，槽 道熱管和燒結熱管。平板熱管均熱器是一種異型熱管，它的冷凝段和蒸發段 被兩個平面(蒸發面和冷凝面)所代替，又叫做扁平熱管，其工作原理如圖1 所示。在這種熱管中，在垂直于熱流方向上的尺寸較大，但在平行于熱流方 向上的尺寸很小。蒸發面與冷凝面之間的距離一般只有幾毫米。由于平板熱管內部的空間狹小，毛細結構的布置始終是平板熱管制作的 難點，并且傳統的毛細芯結構很難完全利用毛細力的作用使液態工質克服重 力的作用形成良好回流。平板熱管在反重力條件下工作比較困難。磁性流體是指將表面活性劑包覆的磁性納米粒子分散在基液中形成的非 常穩定的且帶有磁性的膠態懸浮液。磁性流體將固體的強磁性和液體的流動 性巧妙地結合起來了,因此具有非常獨特的性質。磁流體由磁性微粒、載液(或 稱基液)和表面活性劑組成。磁流體的性能主要取決于磁性微粒和載液的性 能，對磁性微粒、載液的選擇，決定了磁流體的應用領域和范圍。用于制備 磁流體的磁性微粒通常有四氧化三鐵、三氧化二鐵等以及新型的磁性強、穩 定性好的氮化鐵、硼化鐵微粒。載液可保持磁流體的液體性質，通常為水、 有機溶劑、碳氫化合物、合成酯等流體。表面活性劑的作用是防止磁性微粒 相互間的凝聚或沉淀，它將單個磁性微粒的表面包裹起來，使之彼此分開， 懸浮于載液中。載液不同，則所需的表面活性劑也不同。因此表面活性劑的 選擇原則是與載液相適應，且具有永久吸附磁性微粒的特殊分子結構。磁流體具有流體的流動性和被磁場吸引的能力，并且大量研究表明在無 外加磁場條件下，磁性流體就能夠較大的強化沸騰換熱效率。加入外界磁場 后，沸騰換熱效率會得到進一步的強化。通過分析磁場對氣泡的影響，結果 顯示沸騰過程中外加不均勻磁場會改變氣泡破裂直徑和氣泡的形狀，從而起 到強化沸騰的作用。因此，將磁流體用于平板熱管工質，在外加磁場的作用 下，不但可以強化蒸發面的相變換熱效率，而且有利于促進工質的回流，甚 至可以讓熱管在反重力條件下工作。
技術實現思路
本技術旨在解決傳統的平板熱管均熱器中毛細芯布置困難，毛細力 不足等缺點，提出了磁流體平板熱管。這種平板熱管可以完全去除毛細芯的 設計，通過安置外加磁場不但可以強化工質沸騰，而且能夠促進工質回流， 能讓平板熱管在反重力條件下工作。為了實現上述目的，本技術采取了如下技術方案。本技術包括 有焊接在一起的蒸發面平板和冷凝面平板，在蒸發面平板和冷凝面平板圍成的空腔內充有磁流體。在蒸發面平板外側的電子器件1周圍的布置了磁鐵5。 所述的磁鐵5為環形磁鐵。在外加磁場的作用下，液態磁流體工質聚集在蒸發面上的熱源附近區域 中并不斷沸騰，相變產生的氣態工質擴散運動到整個冷凝面上凝結并放出熱 量。此時，大部分的液態工質在磁場力的作用下聚集在蒸發面上熱源附近的 區域中，因此不會對氣態工質的運動產生阻礙影響，有利于氣態工質的擴散 運動到整個冷凝面上凝結，達到更好的均熱效果。凝結出的液態工質在磁場 力的作用下又回到蒸發面熱源附近的區域中，從而完成工質的循環運動。同 時外加磁場具有強化磁性流體沸騰的作用，因此可以增大平板熱管工作時的 相變換熱效率，大大提高平板熱管的性能。本技術的有益效果1. 外加磁場對磁流體具有較強的吸引力作用，能夠促進無毛細芯平板熱 管內磁流體工質的循環，并且可以使無毛細芯平板熱管在反重力條件下正常 工作。2. 大部分的液態工質在磁場力的作用下聚集在蒸發面上熱源附近的區域中，因此不會對氣態工質的運動產生阻礙影響，有利于氣態工質的擴散運動，并在整個冷凝面上凝結，達到更好的均熱效果。3.外加磁場具有強化磁性流體沸騰的作用，因此可以增大平板熱管工作 時的相變換熱效率，大大提高平板熱管的性能。附圖說明圖l:平板熱管工作原理圖圖2:磁性流體平板熱管結構的示意圖圖3:磁流體平板熱管在反重力條件下溫度隨時間變化圖 圖4:水平板熱管在反重力條件下溫度隨時間變化圖圖1 圖4中標號為1.電子芯片，2.蒸發面平板，3.冷凝面平板，4.毛細層，5.磁鐵，6，磁性流體。具體實施方式以下結合附圖具體說明本技術的實施例本實施例由蒸發面平板2和冷凝面平板3焊接而成。平板熱管腔體內沒有任何毛細結構。對平板熱管抽真空后充入磁流體作為工質。在蒸發面平板外側的電子器件1附近布置了磁鐵5作為外加磁場。本實施例中磁性流體平板熱管的具體結構示意圖如圖2所示。碟型平板 熱管的直徑為85mm，材料為紫銅。內部本文檔來自技高網...

【技術保護點】
磁流體平板熱管均熱器，包括有蒸發面平板（２）和冷凝面平板（３）；其特征在于：在蒸發面平板（２）和冷凝面平板（３）圍成的空腔內充有磁流體（６），在蒸發面平板外側的電子器件（１）周圍布置有磁鐵（５）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉中良，張明，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]