一种适用于室外基站的重力热管散热器

摘要

本发明提供一种适用于室外基站的重力热管散热器，能够实现在有限空间内的大功率散热，通过设置集热腔，实现对热源热量的充分收集，同时增大翅片与热管管体的接触面积，进而增大散热管的散热效率。具有包括：重力热管、集热腔和翅片；重力热管竖直连接在集热腔上，其中重力热管的蒸发段与集热腔相连，且重力热管内部与集热腔内部连通；重力热管和集热腔内部填充液体工质；集热腔上设置有用于和待散热部件相连的连接面，用于收集待散热部件的热量；在重力热管的外圆周沿其轴向连接两个以上翅片；翅片套装在重力热管上后，其翅片翻边与重力热管外圆周贴合。通过增加翅片的翻边高度，增大翅片与重力热管管体的接触面积，从而增大翅片的散热效率。

权利要求

1.一种适用于室外基站的重力热管散热器，其特征在于，包括：重力热管(1)、集热腔(2)和翅片(3)；所述重力热管(1)竖直连接在所述集热腔(2)上，其中所述重力热管(1)的蒸发段与所述集热腔(2)相连，且所述重力热管(1)内部与集热腔(2)内部连通；所述重力热管(1)和集热腔(2)内部填充液体工质；

所述重力热管(1)顶部设置有用于向重力热管(1)内充装液体工质的充液口；

所述集热腔(2)上设置有用于和待散热部件相连的连接面，用于收集所述待散热部件的热量，其内部设置有毛细结构，通过所述毛细结构促进所述重力热管(1)内蒸汽的上升；

在所述重力热管(1)的外圆周沿其轴向连接两个以上翅片(3)；所述翅片(3)包括：散热片(6)、连接片(7)和翅片翻边(5)；所述连接片(7)上设置有用于将翅片(3)套装在重力热管(1)上的安装孔，安装孔设置翻边作为翅片翻边(5)，所述翅片(3)套装在重力热管(1)上后，所述翅片翻边(5)与重力热管(1)外圆周贴合；

所述翅片翻边(5)的高度H与连接片(7)厚度D之间的关系为：H/D＝3.4～4.9；

所述翅片翻边(5)采用变直径冲压钻头进行两次以上冲压后形成；所述变直径冲压钻头包括两个以上直径依次增大的钻头，其中直径最小的冲压钻头用于预钻孔的冲压，然后依次增大冲压钻头直径，对预钻孔进行再次冲压，直至孔径增大至预设的直径值，翻边高度增大至设定值；

两个以上所述翅片(3)沿重力热管(1)的轴线均匀间隔排列；所述散热片(6)与所述重力热管(1)轴线之间的夹角为30°。

2.如权利要求1所述的适用于室外基站的重力热管散热器，其特征在于：所述集热腔(2)表面设置有散热翅片。

3.如权利要求1或2所述的适用于室外基站的重力热管散热器，其特征在于：在所述翅片(3)的连接片(7)上，散热片(6)的相对侧设置有扣翅(8)，当两个以上翅片(3)沿重力热管(1)的轴线排列时，位于下方的翅片(3)的扣翅(8)的顶部与位于上方的翅片(3)的扣翅(8)的底部搭接。

4.如权利要求1或2所述的适用于室外基站的重力热管散热器，其特征在于：在所述集热腔(2)与待散热部件的连接面之间填充有导热填料。

5.如权利要求1或2所述的适用于室外基站的重力热管散热器，其特征在于：工质充装完成后，对所述充液口进行焊接形成封口，并在所述封口处设置密封保护套。

说明书

一种适用于室外基站的重力热管散热器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种散热器，具体涉及一种重力热管散热器，属于电子设备热设计技术领域。

背景技术

[0002] 目前，通信领域电子设备热控设计出现如下挑战：

[0003] (1)芯片热耗日益增大，自然对流环境(风速小于0.3m/s)下，热流密度增大至15W/cm2，传统挤压工艺的铝材散热器无法实现大功率散热，不能满足大功率芯片的散热需求；

[0004] (2)基站产品布局紧凑，可用于大功率芯片散热的散热空间十分有限，散热器在具备大功率散热能力的同时不能影响布置在PCB板上的其他芯片的温度；

[0005] (3)基站产品对散热器的重量要求很高。

发明内容

[0006] 有鉴于此，本发明提供一种适用于室外基站的重力热管散热器，能够实现在有限空间内的大功率散热，通过设置集热腔，实现对热源热量的充分收集，同时增大翅片与热管管体的接触面积，进而增大散热管的散热效率。

[0007] 本发明提供一种适用于室外基站的重力热管散热器包括：重力热管、集热腔和翅片；所述重力热管竖直连接在所述集热腔上，其中所述重力热管的蒸发段与所述集热腔相连，且所述重力热管内部与集热腔内部连通；所述重力热管和集热腔内部填充液体工质；

[0008] 所述集热腔上设置有用于和待散热部件相连的连接面，用于收集所述待散热部件的热量，其内部设置有毛细结构；

[0009] 在所述重力热管的外圆周沿其轴向连接两个以上翅片；所述翅片包括：散热片、连接片和翅片翻边；所述连接片上设置有用于将翅片套装在重力热管上的安装孔，安装孔设置翻边作为翅片翻边，所述翅片套装在重力热管上后，所述翅片翻边与重力热管外圆周贴合。

[0010] 作为本发明的一种优选方式：所述翅片套装在重力热管上后，所述散热片与所述重力热管轴线具有设定角度的夹角。

[0011] 作为本发明的一种优选方式：所述翅片套装在重力热管上后，所述散热片与所述重力热管轴线之间的夹角为30°。

[0012] 作为本发明的一种优选方式：所述集热腔表面设置有散热翅片。

[0013] 作为本发明的一种优选方式：在所述翅片的连接片上，散热片的相对侧设置有扣翅，当两个以上翅片沿重力热管的轴线排列时，位于下方的翅片的扣翅的顶部与位于上方的翅片的扣翅的底部搭接。

[0014] 作为本发明的一种优选方式：两个以上所述翅片沿重力热管的轴线均匀间隔排列。

[0015] 作为本发明的一种优选方式：所述翅片翻边的高度H与连接片厚度D之间的关系为：H/D＝3.4～4.9。

[0016] 有益效果：

[0017] (1)与常规热管在热源处的集热方式不同，该散热器在与待散热部件(如大功率芯片)的连接处设计了具有毛细结构的集热腔，通过集热腔内工质的蒸发吸热，能够有效实现芯片热源的充分收集；且集热腔与重力热管内部连通，通过毛细结构的毛细力促进重力热管内蒸汽的上升，使得集热腔→管体下端→管体上端的温差小于1℃。

[0018] (2)通过增加翅片的翻边高度，增大翅片与重力热管管体的接触面积，不仅能够增大翅片的散热效率，还能够增强散热器的结构强度。

[0019] (3)翅片采用与重力热管轴向之间的夹角呈30°的“V型”设计构型，使得大面积自然对流环境下的风场的热量由中间向周围扩散，提升了风场的均温性；能够大大降低翅片对基站整板散热器风场的影响。

[0020] (4)为保证散热器具有一定的力学强度，翅片采用单边扣翅的设计，使得散热器在力学测试以及运输等过程中翅片不移动、不脱落。

[0021] (5)该散热器在结构轻质的基础上，对重力热管与集热腔的连接处进行了加强设计，使其能够耐受220℃高温，同时能够解决充装交付后基站产品整体喷粉所要经历的高温问题。

附图说明

[0022] 图1和图2为本发明的重力热管散热器整体示意图；

[0023] 图3为“V型翅片”的结构示意图；

[0024] 图4为本发明的重力热管散热器在室外基站的布局图。

[0025] 其中：1-重力热管、2-集热腔、3-翅片、4-安装法兰、5-翅片翻边。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

[0027] 若将传统重力热管直接用于5G室外基站中大功率芯片(功率大于70W)的散热，需加大重力热管的管径；但由于室外基站散热空间有限，限制了大管径的重力热管的使用，由此导致重力热管不仅不能满足大功率芯片的散热需求，还易导致重力热管出现过热现象。

[0028] 基于此，本实施例提供一种适应室外基站的高效重力热管散热器，能够有效解决5G室外基站在自然对流环境下大功率芯片(功率大于70W)的散热问题。

[0029] 如图1和图2所示，该重力热管散热器包括：重力热管1、翅片3、集热腔2以及安装法兰4。其中重力热管1和集热腔2均采用不锈钢材质；集热腔2通过安装法兰4安装在待散热芯片上，集热腔2表面焊接有翅片；集热腔2内设置有毛细结构，用于收集待散热芯片的热量。为实现良好的导热，提高散热效率，在集热腔2与待散热芯片的接触面之间填充有导热填料。

[0030] 重力热管1竖直焊接(采用氩弧焊焊接)在集热腔2上表面(重力热管1的蒸发段与集热腔相连)，且重力热管1内部与集热腔2内部连通，由此能够通过毛细结构的毛细力促进重力热管内蒸汽的上升，使得集热腔→重力热管下端→重力热管上端的温差小。重力热管1顶部(冷凝段)焊接(采用氩弧焊焊接)充液管，用于向重力热管1内充装液体工质(去离子水)；工质在重力热管1内依靠重力和毛细力驱动工质流动，实现热量传递。充液管的封口处设置有密封保护套，用于在液体工质充装完成后，封口焊点的保护。同时为增强该散热器的承力和耐高温能力，对重力热管1与集热腔2的连接处进行了加强设计，使其能够耐受220℃高温，具体为增大了重力热管1内腔底部与集热腔2焊接处的厚度。

[0031] 在重力热管1的外圆周沿其轴向焊接(采用回流钎焊焊接)一列翅片3，用于将热量与外部风场进行热交换。翅片3的材质为铝合金，且采用“V型翅片”，其结构如图2所示，包括：散热片6、连接片7和翅片翻边5；其中连接片7上设置有用于将翅片3套装在重力热管1上的安装孔，安装孔设置有翻边作为翅片翻边5，通过设置翅片翻边5能够使翅片3套装在重力热管1上后，与重力热管1贴合面积较大，即增大了翅片与热管管体的接触面积，从而增大翅片的散热效率。传统翅片翻边的高度H(即翅片翻边的厚度)与翅片厚度D(即连接片7厚度)之间的关系为：H/D＝1.5～1.9，本方案中为增大翅片与热管管体的接触面积，翅片翻边的高度H与翅片厚度D之间的关系为：H/D＝3.4～4.9。具体的，本实施例中，散热片6和连接片7的厚度D为0.5mm，翅片翻边5的高度H为2.45mm，使得翅片3与重力热管1的焊接面积比常规冲压翅片的焊接面积增加160％。

[0032] 传统一次冲压形成的翻边高度并不能满足该翅片翻边高度的要求，为增大翅片翻边5的高度，对其采用“变直径冲压钻头”和多次冲压的工艺形式进行加工，具体为：传统采用一次冲压时，预钻孔孔径为 为通过多次冲压增大翅片翻边5高度，首先减小预钻孔孔径，将预钻孔孔径改为 然后采用五次冲压的方式对预钻孔进行冲压，五次冲压模具的钻头依次增大，使安装孔孔径依次增大至 同时逐渐增大翅片翻边5高度；考虑到产品冲压的可靠性，每次冲压完成后都在校形定位工具上进行校正，防止产品受损。

[0033] 翅片3为“V型翅片”，即翅片3套装在重力热管1上后，散热片6与重力热管1之间呈“V”字型，优选的，散热片6与重力热管1轴线之间的夹角为30°。如图1和图2所示，连接片7为水平结构，通过其上的安装孔将翅片套装在重力热管1上，散热片6向外向上倾斜，且与重力热管1轴线之间的夹角为30°；多个翅片3沿重力热管1的轴线均匀间隔排列，且多个翅片3的散热片6在重力热管1外圆周的同一方向上。

[0034] 为了增强散热器的力学强度，翅片3采用单边扣翅的设计，如图3所示，即在连接片7上散热片6的相对侧设置有扣翅8，扣翅8的向上延伸的长度与重力热管1上相邻两个翅片3之间的间距相等，由此多个翅片3沿重力热管1的轴线均匀间隔排列时，位于下方的翅片3的扣翅8的顶部与位于上方的翅片3的扣翅8的底部搭接后焊接，使得散热器在力学测试以及运输等过程中翅片不移动、不脱落。

[0035] 上述散热器中重力热管1管壁和集热腔2腔壁的厚度均小于0.4mm，散热器总质量小于450g，采用上述结构形式能够在保证散热效率的同时实现了散热器的轻质化。

[0036] 该散热器在室外基站上的布局如图4所示，该散热器通过集热腔2上的连接法兰4安装在待散热芯片上，散热片6向外延伸的长度依据实际散热空间设计。

[0037] 该散热器加工时，首先进行翅片的加工、重力热管的选购和集热腔的加工(包括集热腔表面翅片的加工)；其次，将重力热管蒸发段的端部焊接在集热腔上，焊接完成后，对重力热管内外进行密封处理，并进行表面镀镍处理；接着，进行重力热管上翅片的焊接，进入回流焊炉进行高温锡钎焊；再次，利用重力热管1头部的充液口对重力热管和集热腔进行充装工质。工质充装完成后，对充液口进行焊接封装形成封口，并在封口处安装密封保护套。最后，对散热器表面整体喷粉处理。

[0038] 试验表明，该散热器在室外环境(流场风量小于0.5m/s)风速条件下，散热功率可达到70W，单独散热器散热功率可达到150W。

[0039] 综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。