一種納米結(jié)構(gòu)平板熱管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子器件散熱技術(shù)，尤其涉及一種用于微電子器件散熱的納米結(jié)構(gòu)平板熱管。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子封裝技術(shù)的飛速發(fā)展，電子芯片的集成度以及性能不斷提高，導(dǎo)致芯片功率不斷持續(xù)增加。目前芯片表面的平均熱流密度已經(jīng)超過了 100W/cm2，并有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。同時(shí)，芯片封裝完成后的芯片普遍存在局部熱量高的“熱點(diǎn)”問題，將導(dǎo)致芯片局部溫度急劇升高，影響芯片穩(wěn)定性。
[0003]針對(duì)溫度升高導(dǎo)致的芯片失效的解決方案中，既包含風(fēng)冷、液冷、熱管等常規(guī)冷卻方式，也有諸如半導(dǎo)體冷卻、微噴射流技術(shù)、液態(tài)金屬散熱、碳纖維材料散熱等新型散熱方式。然而受制于結(jié)構(gòu)、空間、成本、可維護(hù)、噪音等多方面的因素，傳統(tǒng)的冷卻方式并不能滿足未來高熱流密度電子元件散熱要求，而新興的散熱技術(shù)又由于技術(shù)不成熟等原因尚不能得到大規(guī)模的應(yīng)用。
[0004]平板熱管(Vapor chamber)是一種根據(jù)熱管工作原理而設(shè)計(jì)的新型散熱介質(zhì)，其主要結(jié)構(gòu)有外殼、吸液芯、工質(zhì)等，其工作原理為當(dāng)熱量由熱源通過平板熱管的蒸發(fā)區(qū)時(shí)，在低真空度的腔體內(nèi)，工質(zhì)液體沸騰氣化，在壓力差的作用下，氣體流向冷凝區(qū)，遇冷凝結(jié)放熱，并在毛細(xì)力的作用下沿吸液芯回流回蒸發(fā)區(qū)，而冷凝面的熱量由平板熱管外部其他散熱方式帶走。雖然工作原理相似，但是與熱管一維線性的傳熱方式相比，平板熱管的傳熱方式為二維面上傳熱，因此具有更好的傳熱性能與均溫性。然而現(xiàn)有的平板熱管工質(zhì)回流主要依靠吸液芯提供的毛細(xì)力，換熱的毛細(xì)極限和沸騰極限比較小，另外由于吸液芯的存在，靠近冷凝面的冷凝后的液體工質(zhì)不能馬上回流而充斥在冷凝面附近的吸液芯上，使得傳熱熱阻加大，此外燒結(jié)吸液芯結(jié)構(gòu)本身需要消耗大量能源，并且燒結(jié)質(zhì)量很難控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種強(qiáng)化蒸發(fā)冷凝速度，引導(dǎo)并加快工質(zhì)回流速度從而提高整體換熱能力的納米結(jié)構(gòu)平板熱管。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其包括底板、頂板、位于頂板與底板之間的支撐板，所述底板、頂板、支撐板密封連接形成中空的密閉空腔；作為平板熱管的蒸發(fā)面的底板的本體為黃銅板，所述底板內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超親水性能的電化學(xué)置換形成的氧化銅薄膜；作為平板熱管的冷凝面的頂板的本體為黃銅板，所述頂板內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超疏水性能的電鍍鎳層，所述支撐板側(cè)面開有貫穿小孔與毛細(xì)管相接。
[0007]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述支撐板內(nèi)表面燒結(jié)與所述頂板和所述底板相連接的多孔結(jié)構(gòu)的吸液芯層。
[0008]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述頂板內(nèi)側(cè)使用全氟癸基三乙氧基硅烷進(jìn)行化學(xué)修飾。
[0009]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述頂板的內(nèi)表面設(shè)有從中心向外側(cè)降低的5°的傾角。
[0010]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，密閉空腔內(nèi)充填有蒸發(fā)工質(zhì)。
[0011]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述蒸發(fā)工質(zhì)是去離子水。
[0012]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述蒸發(fā)工質(zhì)為液體時(shí)所述平板熱管的充液率為35%~45%。
[0013]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述平板熱管的密閉空腔內(nèi)的真空度為12.33kPa?
[0014]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述平板熱管的頂板、底板與支撐板通過膠封貼合的方式密封連接。
[0015]作為本發(fā)明納米結(jié)構(gòu)平板熱管的技術(shù)方案的一種改進(jìn)，所述平板熱管密閉空腔內(nèi)均勾分布著多個(gè)兩端分別與頂板、底板抵觸的支撐柱。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明是適用于熱源自下而上進(jìn)行散熱的平板熱管，底板為平板熱管蒸發(fā)面，其內(nèi)表面附著一層具有超親水性的微納米階層結(jié)構(gòu)的氧化銅薄膜，有利于流體工質(zhì)液膜均勻分布，強(qiáng)化了地面的均溫性；同時(shí)氧化銅薄膜層形成的粗糙結(jié)構(gòu)形成了許多凹坑、細(xì)縫，可作為沸騰傳熱的汽化核心，強(qiáng)化了沸騰換熱能力。頂板內(nèi)表面電鍍一層鎳，具有超疏水性，采用超疏水表面強(qiáng)化珠狀凝結(jié)，減小傳熱熱阻，加快工質(zhì)循環(huán)速度。此平板熱管通過對(duì)蒸發(fā)面、冷凝面進(jìn)行超親、疏水表面改性，強(qiáng)化蒸發(fā)冷凝速度，提高蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的換熱性能，具有良好的均溫性，引導(dǎo)并加快工質(zhì)回流速度從而提高整體換熱能力。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一種納米結(jié)構(gòu)平板熱管實(shí)施例的立體分解結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為實(shí)施例中平板熱管的組合狀態(tài)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0020]如圖1、圖2所示，本發(fā)明一種納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其包括底板11、頂板12、位于頂板12與底板11之間的支撐板13，所述底板11、頂板12、支撐板13密封連接形成中空的密閉空腔；作為平板熱管的蒸發(fā)面的底板11的本體為黃銅板，所述底板11內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超親水性能的電化學(xué)置換形成的氧化銅薄膜；作為平板熱管的冷凝面的頂板12的本體為黃銅板，所述底板12內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超疏水性能的電鍍鎳層，所述支撐板13側(cè)面開有貫穿小孔與毛細(xì)管15相接。本發(fā)明是適用于熱源自下而上進(jìn)行散熱的平板熱管，底板11為平板熱管蒸發(fā)面，其內(nèi)表面經(jīng)過高溫氧化脫水的處理，附著一層具有超親水性的微納米階層結(jié)構(gòu)的氧化銅薄膜，其接觸角設(shè)為15°為最佳，氧化銅薄膜具有特殊的微米-納米階層結(jié)構(gòu)，有利于流體工質(zhì)液膜均勻分布，強(qiáng)化了地面的均溫性；同時(shí)氧化銅薄膜層形成的粗糙結(jié)構(gòu)形成了許多凹坑、細(xì)縫，可作為沸騰傳熱的汽化核心，強(qiáng)化了沸騰換熱能力。同時(shí)頂板12內(nèi)表面電鍍一層鎳，頂板12內(nèi)側(cè)使用全氟癸基三乙氧基硅烷進(jìn)行化學(xué)修飾，降低其表面能，使其具有超疏水性，修飾部分的接觸角可選擇為160°，滑動(dòng)角3°。采用超疏水表面強(qiáng)化珠狀凝結(jié)，減小傳熱熱阻，同時(shí)頂板12的導(dǎo)流通道能快速將凝結(jié)液導(dǎo)向邊緣，加快工質(zhì)循環(huán)速度。此平板熱管通過對(duì)蒸發(fā)面、冷凝面進(jìn)行超親、疏水表面改性，強(qiáng)化蒸發(fā)冷凝速度，提高蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的換熱性能，具有良好的均溫性，引導(dǎo)并加快工質(zhì)回流速度從而提高整體換熱能力。通過毛細(xì)管15與外界真空泵、注液器相連接可實(shí)現(xiàn)平板熱管的抽氣注液過程。
[0021]更佳地，所述支撐板13內(nèi)表面燒結(jié)有與所述頂板12和所述底板11相連接的多孔結(jié)構(gòu)的吸液芯層。該吸液芯層由800目的純銅粉高溫?zé)Y(jié)而成，銅粉燒結(jié)形成的多孔結(jié)構(gòu)提供了較大的毛細(xì)力，能有效促進(jìn)冷凝面的冷凝工質(zhì)回流至蒸發(fā)面。
[0022]更佳地，所述頂板12內(nèi)表面設(shè)有從中心向外側(cè)邊緣降低并設(shè)有的5°的傾角作為導(dǎo)流通道幫助冷凝工質(zhì)快速回流。
[0023]更佳地，密閉空腔內(nèi)充填有蒸發(fā)工質(zhì)，所述蒸發(fā)工質(zhì)是去離子水，實(shí)現(xiàn)快速蒸發(fā)和冷凝進(jìn)行換熱并快速回流。所述蒸發(fā)工質(zhì)為液體時(shí)所述平板熱管的充液率為35。/『45%，以40%為最佳，具有足夠的工質(zhì)進(jìn)行蒸發(fā)，也具有足夠的空間進(jìn)行蒸發(fā)。
[0024]更佳地，所述平板熱管的密閉空腔內(nèi)的真空度為12.33kPa，提高蒸發(fā)的速度，保證工質(zhì)快速蒸發(fā)冷凝，進(jìn)行換熱循環(huán)。
[0025]更佳地，所述平板熱管的頂板12、底板11與支撐板13通過膠封貼合的方式密封連接。具體的是支撐板外側(cè)與底板、頂板形成的空隙中填充環(huán)氧樹脂密封膠，對(duì)密閉腔體內(nèi)的真空度起到保護(hù)的作用，防止由于內(nèi)外部因素造成腔體內(nèi)真空度被破壞以及工質(zhì)泄漏。
[0026]更佳地，所述平板熱管密閉空腔內(nèi)均勻分布著多個(gè)兩端分別與頂板12、底板11抵觸的支撐柱14，用于防止由于外力作用使平板熱管表面發(fā)生變形。一種具體的方式是均勻設(shè)置四個(gè)支撐柱14于頂板12與底板11之間。
[0027]以上所揭露的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:包括底板、頂板、位于頂板與底板之間的支撐板，所述底板、頂板、支撐板密封連接形成中空的密閉空腔；作為平板熱管的蒸發(fā)面的底板的本體為黃銅板，所述底板內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超親水性能的電化學(xué)置換形成的氧化銅薄膜；作為平板熱管的冷凝面的頂板的本體為黃銅板，所述頂板內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超疏水性能的電鍍鎳層，所述支撐板側(cè)面開有貫穿小孔與毛細(xì)管相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述支撐板內(nèi)表面燒結(jié)與所述頂板和所述底板相連接的多孔結(jié)構(gòu)的吸液芯層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述頂板內(nèi)側(cè)使用全氟癸基三乙氧基硅烷進(jìn)行化學(xué)修飾。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述頂板的內(nèi)表面設(shè)有從中心向外側(cè)降低的5°的傾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:密閉空腔內(nèi)充填有蒸發(fā)工質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述蒸發(fā)工質(zhì)是去離子水。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述蒸發(fā)工質(zhì)為液體時(shí)所述平板熱管的充液率為35%~45%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述平板熱管的密閉空腔內(nèi)的真空度為12.33kPa?
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述平板熱管的頂板、底板與支撐板通過膠封貼合的方式密封連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其特征在于:所述平板熱管密閉空腔內(nèi)均勾分布著多個(gè)兩端分別與頂板、底板抵觸的支撐柱。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米結(jié)構(gòu)平板熱管，其包括底板、頂板、位于頂板與底板之間的支撐板，所述底板、頂板、支撐板密封連接形成中空的密閉空腔；作為平板熱管的蒸發(fā)面的底板的本體為黃銅板，所述底板內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超親水性能的電化學(xué)置換形成的氧化銅薄膜；作為平板熱管的冷凝面的頂板的本體為黃銅板，所述頂板內(nèi)表面覆蓋有納米結(jié)構(gòu)的具有超疏水性能的電鍍鎳層，所述支撐板側(cè)面開有貫穿小孔與毛細(xì)管相接。此平板熱管通過對(duì)蒸發(fā)面、冷凝面進(jìn)行超親、疏水表面改性，強(qiáng)化蒸發(fā)冷凝速度，提高蒸發(fā)區(qū)和冷凝區(qū)的換熱性能，具有良好的均溫性，引導(dǎo)并加快工質(zhì)回流速度從而提高整體換熱能力。
【IPC分類】F28D15-04
【公開號(hào)】CN104634148
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510095893
【發(fā)明人】王長宏, 黃炯桐
【申請(qǐng)人】廣東工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年3月4日