[发明专利]基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于相变冷却的增强加固冷板，其包括：冷板壳体，其设置在发热元件上方；两个冷却侧板，其设置所述冷板壳体的两侧边缘位置；相变密封腔体，其设置在所述冷板壳体内并覆盖所述发热元件，所述相变密封腔体内填充有相变工质；其中；所述相变密封腔体向所述冷板壳体的两侧延伸直至与所述冷却侧板接触形成一热传导接触区，以与所述冷却侧板进行热交换；所述相变密封腔体的内部设置有烧结粉末毛细结构。本发明还提供一种基于相变冷却的增强加固冷板的制备方法。本发明提供的基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法，可以有效的降低由于传统冷板材料传导系数低造成的温差29～32K，从而有效的改善冷板的散热性能。

技术领域

本发明属于电力电子领域的散热设备领域，尤其涉及到一种基于相变冷却的增强加固冷板及其制备方法。

背景技术

伴随着计算机、通讯、军用工电子等市场领域的需求，电子技术得到迅猛地发展，特别是电子晶片以摩尔定律(芯片业每过18到24个月就会将产品上整合的晶体数量翻倍)飞速发展。所以我们看到这样一个事实：①电子器件的封装密度不断地提高，其热流密度不断地增大；②电子产品向微型化方向不断发展，功率更大而外形尺寸日益缩小；③电子产品已经渗透到各个领域，其应用环境不断扩大，所使用的热环境差异很大。电子产品的这些发展趋势使得电子设备过热的问题越来越突出。

电子设备的过热是电子产品失效(高温对电子产品的影响：绝缘性能退化；元器件损坏；材料的热老化；低熔点焊缝开裂、焊点脱落。且高温会降低电容器的使用寿命；使变压器、扼流圈绝缘材料的性能下降；还会造成焊点合金结构的变化—IMC增厚，焊点变脆，机械强度降低；结温的升高会使晶体管的电流放大倍数迅速增加，导致集电极电流增加，又使结温进一步升高，最终导致元件失效)的主要原因之一，严重地限制了电子产品性能及可靠性的提高，也降低了设备的工作寿命。

研究资料表明：半导体元件的温度升高10℃，可靠性降低50％，电子设备的失效原因中有55％是由于温度过高引起的，因此电子设备内的温升必须予以控制，而运用良好的散热措施(散热技术、散热器)是解决散热问题的关键。

同样，在军工发展领域，伴随着数据计算、采集、记录、处理、交换、存储、通讯及图像处理的要求越来越大，对嵌入式板卡的数据处理能力要求越来越高，故而嵌入式板卡的CPU、FPGA、内存等芯片的主频和运算能力要求也越来越高；从而导致CPU、FPGA、内存等芯片的发热量和热流密度也越来越高；加固传导冷板散热是传统加固机箱嵌入式板卡散热的主要方法和途径。

传统加固传导冷板依靠冷板金属材料的传导特性，将CPU、FPGA、内存等芯片产生的热量从发热区域传递到两侧的传导接触面，通过热交换至散热机箱侧壁，后通过风冷或液冷将热量传递至系统外；

如图1所示，为嵌入式板卡发热芯片对应冷板位置，其中，包括有内存1、CPU 2和FPGA3。

(1)从冷板发热元件的位置分布，我们可以发现大热量元件(如CPU、FPGA)和高热流密度元件(如CPU、FPGA)，布置在冷板(PCB相对应用位置)靠近热交换的传导接触面区域，其目的是为了有效减少大功率和高热流密度发热元件热传递传导路径距离，从而减少此段热传导热阻。

(2)通过冷板设计的不同段差，从而保证使用一定厚度导热贴(PAD)条件下，满足不同高度芯片与冷板的有效接触，从而将发热元件产生的热量传递至冷板，并通过冷板将热量传导交换出去。

如图2所示，为冷板结构示意图，标示了冷板组件的组装和与机箱的配合使用结构，包括有冷板本体4、位于冷板本体4两侧的传导接触面5、位于传导接触面5一侧并与机箱散热侧壁贴合的锁紧条7以及位于前侧的起拨器6，表面沟槽为减重设计。

如图3所示，表示了传导冷板与机箱热交换的配合结构；通过锁紧条7将冷板4传导接触面与机箱散热侧壁8紧密的贴合在一起，从而实现传导冷板与机箱的热交换。